Themen für Bachelor- und Masterarbeiten

Hinweis: Stand Juli 2022 – Themen können sich kurzfristig ändern. Alle Themen sind prinzipiell als Masterabeit geeignet, sowie auch als Bachelorarbeit, sofern dies angegeben ist. Für Rückfragen wenden Sie sich bitte per Email oder telefonisch an:

 

Siegfried Stapf, Tel. 3671 – Carlos Mattea, Tel. 3787

  • 1. NMR-Studie zum Feststoffanteil in Lösungen mit Mikroplastik
    (Bachelor)

    Wie kann auf einfache und schnelle Weise der Feststoffanteil an Polymeren mittels NMR-Pulssequenzen quantifiziert werden? Welche Magnetfeldstärke ist optimal?

    Die aktuellen und geplanten EU-Richtlinien zur Minimierung von Mikroplastik in der Umwelt enthalten Definitionen zur Größe und zur Festigkeit; insbesondere letztere ist aber bei wässrigen Lösungen und Mehrkomponentensystemen nicht praktikabel. Es werden neue und effiziente Verfahren zur Bestimmung des Feststoffanteils gesucht, wobei sich die NMR-Relaxation anbietet: viskose und feste Stoffe sind durch kürzere T2-Zeiten sowie spezifische Magnetfeldabhängigkeiten der T1-Zeiten gekennzeichnet.

    Anhand von Modellpolymeren (z.B. PVP) sollen Messmethoden und Korrelationen etabliert werden; das Projekt erfolgt in enger Zusammenarbeit mit der globalen Forschung der BASF SE/Ludwigshafen.

    Schwerpunkt: Experiment, Datenanalyse
  • 2. Alterung von Motoren- und Schmieröl
    (Bachelor/Master)

    Wie kann die Alterung und Zersetzung von Motorenöl anhand von ESR und NMR charakterisiert werden?

    Beim Einsatz von Motorenöl in Automobilen und anderen Fahrzeugen sowie von Schmieröl in industriellen Anlagen kommt es durch thermische Belastung, aber auch durch weitere externe Einflüsse wie Verbrennung, Kontamination, Licht usw. zu Zersetzungprozessen, welche die Erneuerung des Öls nach einer gewissen Zeit erfordern. Die Lebensdauer des Öls wird empirisch geschätzt, hängt aber von den exakten Arbeitsbedingungen ab; eine detaillierte Analyse über Viskosität, chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften, Transparenz etc. hat sich als aufwändig und nicht universell einsetzbar erwiesen. Da der Abbau des Öls in aller Regel mit der Entstehung von stabilen Radikalen einhergeht, bietet sich die ESR-Spektroskopie als einfaches und schnelles (unter 1 min) Verfahren zur Qualitätskontrolle an.

    Es sollen verschiedene Precursor-Öle (ohne Additive) und kommerzielle Produkte (mit Antioxidantien und weiteren Additiven) auf ihre Stabilität hin untersucht werden, wobei sie unterschiedliche Zyklen von Heizen, UV-Behandlung und Oxidation durchlaufen; es wird überprüft, welche Korrelation der Radikalkonzentration mit diesen Parametern besteht. Ggf. werden ergänzend NMR-Relaxationsmessungen durchgeführt, da die Anwesenheit von Radikalen sich auch bei den Relaxationszeiten manifestieren kann.

    Das Projekt erfolgt in Kooperation mit der Universidad Nacional de Cordoba, Argentinien.

    Schwerpunkt: Probenbehandlung, Experiment, Dokumentation
  • 3. NMR-Multipulsverfahren für Polymere und geordnete Systeme
    (Bachelor/Master)

    Wie kann das mittlere Verschiebungsquadrat von Molekülen anhand neuartiger Echo-Verfahren ermittelt werden? Welche Einsatzmöglichkeiten ergeben sich für biologische Proben und poröse Medien?

    Für die Dynamik in Polymerschmelzen wurde ein robustes Multiecho-Verfahren entwickelt, welches das mittlere Verschiebungsquadrat für anomale Diffusion (subdiffusive Prozesse) in einem Zeitbereich ermittelt, der mit anderen Verfahren nicht zugänglich ist. Die Methode soll nun auf neue Polymere, Biomakromoleküle und Flüssigkeiten in porösen Medien angewandt werden. Das Gerät gestattet die Temperierung bis etwa 470 K.

    Schwerpunkt: Experiment, Datenanalyse, Theorie
  • 4. Deuterierte Polymermischungen in Confinement
    (Bachelor/Master)

    Wie beeinflusst der Einschluss in enge Poren die Dynamik von Polymerschmelzen?

    Im Fachgebiet bearbeiten wir ein langjähriges Projekt zur Analyse von Polymerschmelzen anhand unterschiedlich isotopenverdünnter Mischungen von Polyethylenoxid (sowohl 1H als auch 2H-Resonanz). Ein Teilaspekt des DFG-Projektes untersucht die Frage, welche Unterschiede sich in der Dynamik beim Einschluss in starre poröse Medien (z.B. Vycor-Glas, 4 nm, als etablierter Standard) ergeben. In der Literatur gelang bisher nur die Messung von undeuterierten PEO.

    Schwerpunkte: Probenpräparation, Experiment
  • 5. Multifunktionelle Hydrogele in natürlichen Böden
    (Bachelor/Master)

    Wie ändert sich die Speicherfähigkeit für Wasser in Böden bei Zugabe von Hydrogelen?

    Weltweit ist neben der Niederschlagsverteilung auch die Verfügbarkeit von Wasser für die Landwirtschaft von Bedeutung – in 2019/20 sind in Deutschland die Böden massiv untersättigt, Wasser kann ohne aktive Pflanzenkomponenten nicht ausreichend gehalten werden. Hydrogele können große Mengen an Wasser speichern und in Wechselwirkung mit Pflanzenwurzeln auch wieder abgeben, ihr Einsatz im großen Maßstab wird vorbereitet. Mit NMR kann sowohl die Menge als auch der Bindungszustand und die Beweglichkeit des Wassers gemessen werden, MRI kann zusätzlich zur Visualisierung der Gel-Verteilung verwendet werden (letzteres nur im Rahmen einer Masterarbeit). Kooperation mit FZ Jülich.

    Schwerpunkte: Experiment, Literaturstudium, Datenauswertung
  • 6. Rheologie an Polymerschmelzen im Magnetfeld
    (Master)

    Kann mechanische Belastung die Moleküldynamik messbar beeinflussen?

    Nutzung einer vorhandenen Apparatur zur systematischen Analyse der Veränderung der NMR-Relaxationseigenschaften von gescherten Polymerschmelzen und ggf. anderen komplexen Fluiden mit spektraler Auflösung. Messungen entweder im Hochfeld oder im variablen Feld (Field-Cycling Relaxometer).

    Schwerpunkte: Probenpräparation, Messung; Dokumentation und Optimierung der Messparameter; Datenanalyse und Literatur
  • 7. Konstruktion einer Einheit mit Feldmodulationsspuren
    (Master)

    Wie sind Feldmodulationsspulen zur Durchführung des Integrated Solid Effects zu dimensionieren?

    Dynamische Nukleare Polarisation (DNP) ist eines der Verfahren, die gegenwärtig für die Signalsteigerung in der NMR eingesetzt werden; sie beruht auf der Bestrahlung mit Mikrowellen. Für viele Stoffe mit breiten Absorptionslinien ist aber die Anregung durch MIkrowellen viel zu schwach, hier muss das Magnetfeld mit hoher Frequenz moduliert werden, um die gesamte Breite des (Elektronen-)Spektrums abzudecken. Hierzu müssen Zusatzspulen konstruiert werden, die nahe an der Probe liegen, um die nötigen Stromstärken und Aufheizeffekte zu minimieren. Die Konstruktion orientiert sich an kommerziellen Lösungen für Feldgradientenspulen.

    Schwerpunkte: Design, Konstruktion – Elektronikkenntnisse