Studienabschlussarbeiten

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit gerichteter Schallabstrahlung mehrerer Lautsprecher. Unter dem Sammelbegriff Beamforming existiert eine Vielzahl an Verfahren, die eine mathematische Beschreibung für diese Aufgabe liefern. Nach der Darstellung zweier bereits existierender Ansätze, das Delay and Sum Beamforming und das Convex Optimization Beamforming, wird in dieser Arbeit eine weitere Methode untersucht, die auf der Wellenfeldsynthese beruht. Die Wellenfeldsynthese ist eine Theorie zur Synthese beliebig komplexer Schalldruckfelder. Die größtmögliche erreichbare Richtwirkung der Beamformingverfahren wird verglichen. Bei der Übersetzung der Wellenfeldsynthese Theorie in einen MATLAB Code treten numerische Instabilitäten auf, die wahlweise durch eine analytische Bedingung oder durch eine numerische Funktion verhindert werden. Es wird die Ansteuerfunktion der Lautsprecher berechnet und deren Robustheit untersucht. Das Wellenfeldsynthese Beamforming erreicht mit dem getesteten Array eine bessere Richtwirkung als das Delay and Sum Beamforming, bleibt allerdings hinter dem Convex Optimization Beamforming zurück. Die Arbeit entstand am Fraunhofer Institut für digitale Medientechnologie.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung von Rheologie in Kombination mit magnetischer Kernresonanz (Nuclear Magnetic Resonance, NMR). Es wurde die Proton-Relaxation für Poly(acrylamid) (PAA) und cis-Poly(isopren-1,4) verschiedener Kettenlängen unter Scherung in einem 300MHz-Spektrometer gemessen, dabei konnte ein Zusammenhang zwischen Scherung und Relaxation beobachtet werden. Die NMR und ihre quantenmechanischen Grundlagen werden diskutiert, es werden grundsätzliche Methoden der Rheologie beschrieben und der Zusammenhang der Polmerdynamik nach Rouse und Doi/Edwards mit NMR-Relaxation erläutert. Im experimentellen Teil werden die Ergebnisse präsentiert und diskutiert, aufgenommen wurde T2-Relaxation für PAA in Anlehnung an Callaghan und Gil (2000), sowie T1 und T2 von Polyisopren über Scherung und Temperatur.

Untersuchungen zeigten, dass dünne Al2O3-Schichten sehr gute Passivierungsqualitäten auf p-typ Oberflächen besitzen. In dieser Arbeit wurde ein ALD-Prozess in einer MOCVD-Anlage realisiert und Al2O3 auf verschiedenen Substraten abgeschieden. Diese Schichten wurden hinsichtlich ihrer Wachstumsgeschwindigkeit, ihrer Homogenität, ihren optischen Eigenschaften, ihrer Zusammensetzung und ihrer Ladungsträgerlebensdauer charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Übereinstimmung mit Werten aus der Literatur. Mittels UV/VIS-Spektroskopie wurden Transmissionen von über 95% (50 nm Al2O3 auf Glas) und Reflexionen von rund 10% (30 nm Al2O3 auf Silizium) ermittelt. Die Untersuchungen der Zusammensetzung mittels FTIR- und XPS-Messungen ergaben ein stöchiometrisches Verhältnis der Schicht und zeigten die Veränderung des Al2O3 durch die Temperung. Lebensdauermessungen, mit denen eine Aussage über die Passivierungsqualität getroffen werden kann, zeigten eine Steigerung von 1 mys (Substrat) auf knapp 400 mys (30 nm Al2O3) hin zu rund 1200 mys (30 nm Al2O3 mit Temperung). Die Effekte der Passivierung auf den Wirkungsgrad einer Solarzelle wurden abschließend durch Simulationen aufgezeigt.

In dieser Bachelorarbeit werden die Goos-Hänchen-Verschiebung und das Fresnel-Filtern aus der Wellendynamik eines Gauß-Strahls bei Reflexion nahe des Grenzwinkels der Totalreflexion an gekrümmten Grenzflächen extrahiert. Als Grenzflächen werden dielektrische Scheiben betrachtet. Es wird dabei zwischen konkaver und konvexer Krümmung unterschieden. Der Einfluss von Brechzahl und Krümmungsradius der Grenzflächen sowie linearer Polarisation des Gauß-Strahls werden untersucht. Ein Vergleich der Effekte an der ebenen Grenzfläche wird durchgeführt. Die Berechnungen für die Wellendynamik erfolgen mit dem FDTD-Simulationsoftwarepaket "MEEP". Es wird gezeigt, dass die Goos-Hänchen-Verschiebung und das Fresnel-Filtern deutlich von Art und Stärke der Krümmung der Grenzflächen abhängen. Darüber hinaus werden diese beiden Effekte stark von p-Polarisation des Gauß-Strahls beeinflusst. Ein Vergleich mit analytischen Ergebnissen bestätigt die Berechnungen.

Die vorliegende Bachelorarbeit konzentrierte sich im Wesentlichen auf die Untersuchung der Geometrie der Porphyrin-ICZ-Konjugate. Dazu wurden sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungsmethoden verwendet. Zunächst wurden die Absorptionsspektren der Konjugate in drei unterschiedlich polaren Lösungen (Toluen, THF und DMF) aufgenommen. In allen drei Lösungen haben die Konjugate eine leichte Rotverschiebung mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten gezeigt, die aber wegen ihrer geringen Werte keine Aussage über Geometrieänderung zulässt. Eine stärkere Verschiebung wies sich in Bezug auf die Art der axialen Ligandierung auf. Daraus folgte, dass der wichtigste Einflussfaktor die axiale Ligandierung ist. Zu einer kuppelförmigen Verzerrung des Makrozyklus kommt es aber nicht, wie die quantenchemischen Rechnungen zur Strukturbestimmung gezeigt haben, sondern allein das Zn-Atom wird aus dem ansonsten unveränderten Makrozyklus herausgezogen. Die Stärke dieses Herausziehens stimmte mit den ursprünglichen Vermutungen überein: im Falle der THF-Liganden war es schwächer als im Falle des DMF-Liganden. Die Anzahl der ICZ-Substituenten spielte dabei keine Rolle. Es wurde auch festgestellt, dass keine wesentlichen Deformationen der Phenyl-ICZ-Äste stattfinden. Im Weiteren wurden die UV-VIS-Spektren der Porphyrin-ICZ-Konjugate berechnet. Die Rechenergebnisse zeigten einige Unterschiede zu den experimentell gewonnenen Werten. Die berechnete Rotverschiebung stieg mit Zahl der ICZ-Substituenten deutlicher an, als im Experiment beobachtet. Die sehr viel stärkere Rotverschiebung im Falle der Konjugate ohne axiale Ligandierung stellte sich jedoch als Artefakt heraus, bei dem der erste elektronische Übergang ein Charge-Transfer-Übergang zwischen ICZ-Substituenten und Porphyrinkern ist. Mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten nahm daher auch der Wert der Rotverschiebung zu. Bei der axial-ligandierten Porphyrin-ICZ-Konjugaten, wie sie sich in THF und DMF bilden sollten, bestätigten die Berechnungen die experimentellen Werte in Bezug auf den Unterschied zwischen THF und DMF, bis auf kleine qualitative Abweichungen, die sich auf Solvatisierungseffekte zurückführen lassen. Der Anstieg mit der Anzahl der ICZ-Substituenten in den Rechnungen fand sich jedoch in experimentellen Spektren nicht wieder. Ob dies ebenfalls ein auf ein unzureichendes Funktional zurückzuführendes Artefakt der Rechnung ist, einschließlich der Möglichkeit, dass es zu keinerlei axialer Ligandierung kommt, oder sich durch Solvatisierungshülleneffekte erklären lässt, konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht abschließend geklärt werden. Außerdem wurde die photophysikalische Dynamik der Konjugate untersucht. Dazu wurden die Fluoreszenzlebensdauern und die Fluoreszenzausbeuten gemessen und daraus die Übergangsraten für strahlende und strahlungslose Desaktivierungskanäle berechnet. Die Abhängigkeit der Fluoreszenzausbeute von der Anzahl der ICZ-Substituenten variierte bei unterschiedlich koordinierten Konjugaten: die tetrakoordinierten Strukturen ohne Ligand und die pentakoordinierten Strukturen mit einem THF-Liganden teigten ähnliches Verhalten: Der Wert der Fluoreszenzausbeute stieg bei den beiden Strukturen mit zunehmender Zahl der ICZ-Substituenten an, was ein Einfluss induktive bzw. mesomere elektronenschiebende Effekte sein könnte, die die Desaktivierungskanäle beeinflussen würden. Allerdings gaben die quantenchemischen Rechnungen hierzu nur unklare Hinweise, solche Einflüsse der ICZ-Substituenten nur für die tetrakoordinierte Formen auftraten, welche möglicherweise ein Artefakt der Rechnung sind. Die pentakoordinierten Strukturen mit DMF-Liganden haben dagegen im Experiment eine Verringerung der Fluoreszenzausbeute mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten gezeigt. Die Annahme, dass in diesem Fall eine starke kuppelförmige Verzerrung des Makrozyklus, die den Förstertransfer zwischen den so zusammengerückten ICZ-Substituenten erhöht, eine wesentliche Rolle spielen könnte, wurde aber durch die quantenchemischen Rechnungen weitgehend wiedergelegt. So sind auch hier weitergehende theoretische Untersuchungen von großem Interesse. Diese erfordern den Einsatz von verbesserten, insbesondere Range-Separated Funktionalen wie z.B. CAM-B3LYP, Lösemittelmodellen und ggf. Molekulardynamik-Simulationen, was den Rahmen dieser Arbeit aber definitiv gesprengt hätte.