Studienabschlussarbeiten

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine Prüfvorschrift zu entwickeln, um mit Hilfe derer die Genauigkeit in der Lokalisation eines Stromdipols in einem Messphantom durch Magnetokardiographiemessungen zu bestimmen. Bei der Magnetokardiographie (MKG) werden mittels supraleitenden Quanteninterferenzeinheiten (engl.: superconducting quantum interference devices) (SQUIDs) die magnetischen Felder vom menschlichen Herzen gemessen. Der Vorteil der SQUID-Technologie liegt darin, dass dadurch extrem schwache Magnetfelder gemessen werden können. Aus diesem Grund werden sie vorallem in der Medizin verwendet, um biomagnetischen Felder, welche im menschlichen Körper erzeugt werden, messen zu können. Der Nachteil liegt darin, dass die SQUIDs unter der Verwendung von flüssigem Helium auf einige Grad Kelvin heruntergekühlt werden müssen, damit sie funktionieren. Die Heliumkühlung führt zudem zu einem erhöhten Aufwand in der Anschaffung und im Unterhalt der Messsysteme. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Prüfvorschrift soll für einen späteren Vergleich der Genauigkeit, welche durch die SQUIDs erreicht werden, mit der Genauigkeit von neu entwickelten Sensoren dienen. Damit soll zukünftig abgeschätzt werden können, ob neu entwickelte Sensoren gut genug sind, um die SQUID-Technologie für biomagnetische Messungen ersetzen zu können. Neben der Vorstellung der entwickelten Prüfvorschrift wird auf die Ergebnisse zweier Phantommessungen und der damit erzielten Genauigkeiten in der Dipollokalisation eingegangen. Somit gibt diese Arbeit einen Überblick darüber, welche Genauigkeiten durch die Verwendung von SQUID-Magnetometern erzielt werden können. Mit Hilfe eines Kugelphantoms, welches als Modell eines menschlichen Kopfes dienen soll, werden verschiedene Dipolorientierungen untersucht. Mit Hilfe eines Torsophantoms wird außerdem getestet, wie gut sich mit dem Messsystem zwei Dipole gleichzeitig lokalisieren lassen. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen wurde am Biomagnetischen Zentrum in Jena durchgeführt. Alle Angaben über die Genauigkeit der Sensoren beziehen sich ausschließlich auf die verwendete Technik.

Diese Dissertation konzentriert sich auf das Design und die Herstellung von Nanostruktur Arrays mit breitbandigen solaren Absorptionseigenschaften für potenzielle Anwendungen zur Gewinnung und Umwandlung von Sonnenenergie. Dazu werden als erstes Nickel-Nanoporen-Arrays mit unterschiedlichen Strukturparametern durch einen Replikationsprozess aus perfekt geordneten anodischen Aluminiumoxid-Nanoporenvorlagen hergestellt. Als nächstes werden dann die Morphologien von Nickel-Nanoporen-Arrays durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) charakterisiert. Die Lichtabsorptionseigenschaften von Nickel-Nanoporen-Arrays wurden mittels einer Ultraviolett-sichtbarer-Spektroskopie und der Finite Differential Time Domain (FDTD) Simulation untersucht. Durch die experimentellen Ergebnisse und Simulationsanalysen weisen die hergestellten Nickel Nanoporen Arrays mit einer Periode von 1000 nm eine breitbandige Sonnenabsorption im Bereich von 300-1500 nm auf. Darüber hinaus tragen die in der Struktur vorhandenen Ausbreitungsarten der Oberflächenplasmonarpolitonen (SPPs) und der lokalisierten Oberflächenplasmonen (LSP) zur Breitbandabsorption bei, die durch die simulierte Verteilung des elektromagnetischen Feldes bestätigt werden. Die Nickel Nanoporen Arrays mit breitbandigen solaren Absorptionseigenschaften zeigen signifikante Potenziale bei der Umwandlung von Solarenergie. Daher ist es sinnvoll in diesem oder verwandten Bereichen weitere Forschungen durchzuführen.

In dieser Masterarbeit werden IR-Reflexionsspektren im Bereich $200-4000$ $cm^{-1}$ für die Ermittlung der optischen Eigenschaften von Graphen auf Siliziumkarbidsubstraten untersucht. Dies geschieht unter der Verwendung des 4H- und 6H-Polytyps von SiC. Für die Erzeugung der Graphenschicht wird epitaktisches Wachstum auf SiC-Oberflächen genutzt. Innerhalb dieses Frequenzbereichs des Infrarots können Phononoszillationen des Siziliumkarbid-Substrates angeregt werden und die Ausbildung der Reststrahlenbande beobachtet werden. Durch die Graphenisierung der Oberfläche kann eine Absorption im Reflexionspektrum des longitudinalen Phonon von SiC festgestellt werden. Mit Verwendung eines Drude-Oszillatormodels für die dielektrischen Eigenschaften von SiC und die Nutzung von Inter- und Intrabandleitfähigkeiten für Graphen ist eine Simulation der Reflektivität des Doppelschichtsystems möglich. Es wird gezeigt, dass die IR-Spektroskopie wichtige Grapheneigenschaften wie die Schichtdicke, Relaxationszeit von Intrabandübergängen der Elektronen oder Ladungsträgerkonzentrationen ermitteln kann und in direkter Vergleichbarkeit mit anderen Spektroskopiemethoden (Raman, UPS, etc.) steht.

Aufgrund der Notwendigkeit durch den Klimawandel und der steigenden Nachfrage nach elektrischer Energie im Alltag ist der Umstieg auf alternative Energiequellen nach wie vor einer der wichtigsten Gebiete in der Forschung und Entwicklung. Ein Bereich davon ist die Photovoltaik. Durch Photovoltaik wurde der Nettostromverbrauch in Deutschland 2018 um 8,7% gedeckt. Um diesen Anteil zu steigern, muss zum einen der Ausbau weiter voran getrieben werden und zum anderen die Effektivität und Lebensdauer der bestehenden Anlagen verbessert werden. Diese Arbeit ist Teil des "Forschungsprojektes Bifacial-Monofacial: Steigerung der Energieausbeute von Silizium-Photovoltaik-Modulen" und richtet ihren Fokus auf die Erforschung von Alterungserscheinungen an bifacialen Solarzellen mit Hilfe von spektroskopischen Methoden. Bifacial heißt in diesem Fall, dass die Solarmodule sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite in der Lage sind elektrischen Strom zu produzieren. Bei der herkömmlichen Bauweise ist dies nur auf einer Seite möglich. Weiterhin wird auf den Aufbau und die Vorteile solcher bifacialen Solarzellen gegenüber herkömmlicher Solarzellen im Grundlagenteil näher eingegangen. Der Grundlagenteil erklärt ebenso, warum nur bestimmte Materialien für den Einsatz in einem Solarmodul verwendet werden können und beinhaltet außerdem die Erklärung der verwendeten Messmethoden in ihrer Funktionsweisen und die Ausnutzung bestimmter physikalischer Effekte. Die verwendeten Messmethoden sind UV/Vis-Spektralphotometrie (UV/Vis), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Augerelektronenspektroskopie (AES). Der praktische Teil gliedert sich in die Separation von acht Proben aus zwei Solarmodulen in dessen Einzelkomponenten. Ein Modul besteht aus mehreren Zellen. Diese Zellen weisen nach dem Einsatz in der Klimakammer bei 85 ˚C und 85% relativer Luftfeuchte und einem zusätzlich angelegten Potential von -1000V Unterschiede in ihrem Elektrolumineszenzverhalten auf. Des Weiteren besteht die Aufgabe in diesem Teil anhand der spektroskopischen Methoden herauszufinden, was die genauen Ursachen für diesen Unterschied sind.

Diese Bachelorarbeit leistet einen Beitrag zur Klärung der Frage, ob die Diffusion von Wasser auf dem Mars mit einem Sensor des Typs NMR-MOUSE untersucht werden kann. Das Ziel ist es, die Relaxationszeiten T1 und T2 verschiedener Salzlösungen einer Marsboden-Simulation bei niedrigen Temperaturen zu untersuchen. Die verwendeten Salze sind Natrimperchlorat, Magnesiumperchlorat und Natriumchlorid. Die Messungen wurden an einem FFC-Relaxometer bei drei Temperaturen, +20˚C, -20˚C und -42˚C durchgeführt. Die longitudinale Relaxationszeit variierte zwischen einigen Zehntel Millisekunden und einigen Hundert Millisekunden, die transversale Relaxationszeit lag zwischen einigen Zehntel Millisekunden und einigen Millisekunden. Es zeigte sich, dass sich die Relaxationszeiten mit steigender Salzkonzentration verlängern. Dies bekräftigt die These, dass Salze die paramagnetischen Zentren an den Sandkörnern abschirmen, indem sie die Oberfläche dauerhaft bedecken.