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Comouth, Andreas;
Oberflächenanalytische Untersuchungen an Kohlenstoffstrukturen aus natürlichen Holzbestandteilen für den Einsatz in der Brennstoffzellentechnik. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Bipolarplatten, häufig aus Graphit, bilden derzeit aufgrund der aufwändigen Bearbeitung einen Hauptkostenfaktor in Brennstoffzellen. Es werden daher neue und in der Verarbeitung kostengünstige Materialien als Alternative angestrebt. - Der Ansatz pyrolysiertes Material aus natürlichen Ressourcen wie der Cellulose und dem Lignin zu verwenden, wird in dem Projekt ArbopyrNet untersucht. Zum besseren Verständnis der Vorgänge und des Materialverhaltens wurde die Wirkung einer Pyrolyse bei 1200C auf die Materialien Lignin und Cellulose mit oberflächenanalytischen Methoden untersucht. Dabei kamen die Photoelektronenspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM) sowie Kontaktwinkelmessungen zum Einsatz. Desweiteren wurden Untersuchungen zur Wechselwirkung der pyrolysierten Materialien mit dem in Direktmethanolbrennstoffzellen eingesetzten Methanol bei verschiedenen Temperaturen vorgenommen. - Dazu wurde zuerst das idealisierte System Methanol auf HOPG mit der ultraviolettinduzierten (UPS) und röntgeninduzierten (XPS) Photoelektronenspektroskopie betrachtet. An gekühltem HOPG zeigte sich eine schwache Physisorption des Methanols. Eine Wechselwirkung bei Raumtemperatur konnte nicht beobachtet werden. Im weiteren Verlauf wurde auch der Einfluss auf die pyrolysierte Cellulose und das pyrolysierte Lignin untersucht. Abschließend wurde auf das für die Brennstoffzelle angedachte pyrolysierte Material Arboform, welches aus Cellulose und Lignin besteht, eingegangen.



Keppler, Angela;
Oberflächeneigenschaften und Modifizierung von Polymeren und organischen Funktionsschichten für opto-fluidische Mikrosysteme. - 113 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

In der vorliegenden Arbeit wurden die Oberflächeneigenschaften von SU-8, von verschiedenen OTS-silanisierten Substraten und von plasmapolymerisierten Fluor-Kohlenstoff-Schichten FCPP-Schichten) untersucht. Diese Materialien eignen sich für die Herstellung bzw. Beschichtung opto-fluidischer Mikrosysteme, deren Entwicklung im Projekt integrierte mikrooptische Pinzetten bearbeitet wird. Mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) wurden die chemische Zusammensetzung und die Bindungsverhältnisse in den Materialien aufgeklärt. Analog dazu wurden die Kontaktwinkel und Oberflächenenergien bestimmt, um so zusätzliche Aussagen über die Benetzbarkeit und mögliche Anhaftungseffekte von Zellen/Partikeln zu treffen. Weiterhin wurde die Modifikation dieser Materialien durch Lichteinfluss (Röntgen-, UV- und IR-Strahlung) sowie durch die Behandlung mit Chemikalien (Piranhasäure und NaOH) mit XPS und Kontaktwinkelmessungen untersucht. Die Bestrahlung von SU-8 mittels Röntgen- und IR-Strahlung zeigt keine Veränderung der chemischen Bindungen im Material. Bei UV-Bestrahlung unter Ultrahochvakuum Bedingungen degradiert SU-8 stark, was zu Verfärbung, Veränderung der Kontaktwinkel und zu Zerstörung der Etherbindungen führt. Weiterhin ist eine Degradation durch Behandlung mit Chemikalien nachweisbar, wobei in diesen Fällen die Unterschiede in den Kontaktwinkeln gering sind. OTS-Silanisierung eignet sich zur Beschichtung von SU-8 und erzeugt eine hydrophobe Oberfläche. Eine Modifikation von OTS-silanisierten Material durch Lichteinfluss konnte nicht nachgewiesen werden. Alternativ wurde die Passivierung von Silizium durch FCPP-Schichten untersucht. Die FCPP-Schichten zeichnen sich durch hohe Kontaktwinkel mit Wasser aus. Die verschiedenen Oberflächenbehandlungen führen in den FCPP-Schichten zu deutlichen Veränderungen in der chemischen Struktur. Die gravierenden chemischen Veränderungen beeinflussen das Benetzungsverhalten der FCPP-Schichten nur gering.



Moser, Pascal;
Einfluss der Substratorientierung auf die optischen Eigenschaften von höherindexierten InGaAs/GaAs-Heterostrukturen. - 129 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Die Arbeit zeigt den Einfluss der Substratorientierung auf die optischen Eigenschaften von höherindexierten InGaAs/GaAs-Heterostrukturen. Dazu wurden im theoretischen Teil ausführlich sowohl der makroskopische Einfluss, wie die Entstehung großer piezoelektrischer Feldstärken, als auch der mikroskopische Einfluss der Substratorientierung, wie die deformationsabhängige Verbreitung der Bandlücke, von Zinkblende-Heterostrukturen am Beispiel einer InGaAs/GaAs-Heterostruktur diskutiert. Unter Zuhilfenahme der gewonnenen Ergebnisse wurden anschließend (001)-orientierte Mehrfachquantengräben und (11k)-orientierte Einfachquantengräben mittels Photoreflexionsspektroskopie und Photolumineszenz- bzw. Photolumineszenzanregungsspektroskopie charakterisiert. Der Einfluss von starker Indiumsegregation und die Verschiebung der Übergangsenergien aufgrund des Quanten-Stark-Effekts konnten bestätigt werden.



Napierala, Christian;
Infrarot-Ellipsometrie an hexagonalem und kubischem Indiumnitrid. - 71 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Die komplexe dielektrische Funktion von kubischen InN wurde mit Hilfe der Spektralellipsometrie vom mittleren infraroten bis in den sichtbaren Spektralbereich ermittelt. Die Schichten wurden anhand Molekularstrahlepitaxie auf c-GaN/3C-SiC Pseudosubstrate abgeschieden. Die hohe Elektronenkonzentration von über 10^19cm-3, berechnet aus der Plasmafrequenz, verursacht einen ausgeprägten Burstein-Moss-Shift an der Bandlücke. Bezieht man Nicht-Parabolizität und die Befüllung des Leitungsbandes in die Auswertung mit ein, ergeben sich renormalisierte Bandkanten zwischen 0,43 und 0,455eV. - Einschliesslich der ladungsträgerabhängigen Bandlücken-renormierung kann eine intrinsische Bandlücke von ˜0.595eV für kubisches InN gefunden werden, welches 85meV geringer als das für hexagonales InN ist. Werte für effektive Elektronenmasse, statische und hochfrequente Dielektrizitätskonstante sind ebenfalls mit angegeben.



Gutt, Richard;
Plasma assisted molecular beam epitaxy of gallium nitride on silicon carbide substrates. - 133 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Diese Arbeit beinhaltet die Untersuchung verschiedener Siliciumcarbid-Substrate in Hinsicht auf ihre Eignung für die Galliumnitrid-Epitaxie. Es werden zwei kommerziell erhältliche SiC-Substrate unterschiedlicher Rauhigkeiten mit einem ionenstrahlsynthetisiertem SiC/Si-Pseudosubstrat verglichen. - Das erste Kapitel beleuchtet die Eigenschaften und die Bedeutung von GaN sowie entscheidende Aspekte bei der Substratwahl. - Im zweiten Kapitel werden sowohl die Wachstumsmethode, die plasmaunterstützte Molekularstrahlepitaxie (PAMBE), als auch die Analysemethoden, Beugung schneller Elektronen (RHEED), Photoelektronenspektroskopie (XPS/UPS), Rasterkraftmikroskopie (AFM), Röntgenbeugung (XRD) und Photolumineszenz (PL), vorgestellt. - Die Präparation durch verschiedene ex- und in-situ Reinigungsschritte sowie eine umfangreiche Oberflächenanalyse der Substrate sind im dritten Kapitel dargestellt. Dabei wird sowohl auf die Morphologie als auch die chemische Zusammensetzung der Oberflächen eingegangen. - Das vierte Kapitel befasst sich mit dem Wachstum der GaN-Schichten. Neben der Optimierung der Wachstumsparameter werden die Gitterrelaxation während der Nukleation und der Valenzband-Offset an der GaN/SiC-Grenzfläche diskutiert. Die einzelnen Wachstumsphasen werden vorgestellt. - Eine umfassende Charakterisierung der gewachsenen GaN-Schichten ist im fünften Kapitel zu finden. Die Morphologie, die chemische Zusammensetzung und die elektronische Struktur der Oberflächen werden in-situ untersucht. Des Weiteren werden die Kristallstruktur und Lumineszenzeigenschaften der GaN-Filme auf den verschiedenen Substraten verglichen.



Körner, Martin;
Teilchentransport in eindimensionalen, offenen Kanälen. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Der Teilchentransport in eindimensionalen, offenen Kanälen findet in vielen aktuellen Forschungsbereichen der Physik und Biologie Anwendung. In der Biologie erfolgt zum Beispiel der Austausch von Kalium- und Natriumionen entlang von eindimensionalen Ionenkanälen durch Zellwände, welche von Membranproteinen gebildet werden. Ein anderes Beispiel ist die Bewegung von Ribosomen entlang der mRNS während der Proteinsynthese. Sie kann als eindimensionale Bewegung approximiert werden, wobei die mRNS die Potentiallandschaft vorgibt, in der das Ribosom als getriebenes Teilchen wandert. Ein Anwendungsgebiet in der Physik ist der Teilchentransport in dünnen Schichten. Durch Ankoppeln äußerer Felder bewegen sich die Teilchen bevorzugt in eine Richtung, dabei kann die Bewegung der Teilchen orthogonal zur Richtung des Feldes in guter Näherung vernachlässigt werden. Ein Beispiel hierfür sind ionenleitende Gläser. Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden nächste Nachbarwechselwirkungen sowohl in getriebene als auch ungetriebene Systeme in der Art eingeführt, dass die Sprungraten das detaillierte Gleichgewicht in Hinblick auf das großkanonische Ensemble erfüllen. Außerdem wird der nichtlineare Teilchentransport im Vergleich zu Experimenten, in denen nichtlineare, frequenzabhängige Stromdichten gemessen wurden, näher betrachtet. Es wird gezeigt, dass offene Randbedingungen wesentlich die Sprungdynamik im Kanal beeinflussen. Weiterhin werden effektive Sprungdistanzen behandelt, deren Berechnung stark von der Art der Raten abhängt.



Muhsin, Burhan;
Herstellung, Charakterisierung und Optimierung von Polymer-Solarzellen und Modulen bezüglich ihrer Geometrie. - 82 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Jouleschen Leistungsverluste in der polymeren Dünnschichtsolarzelle experimentell und rechnerisch bestimmt, um deren Einfluß auf die Gesamtleistung zu quantifizieren. Hierzu wurden die Flächenwiderstände von ITO und Aluminium und der Kontaktwiderstand zwischen den beiden meßtechnisch bestimmt, und der Einfluß der Geometrie der Polymer-Solarzellen untersucht. Auf Glassubstraten von 4 Quadratzoll wurden monolithisch drei Polymer-Solarzellen zu einem Modul seriell verschaltet. Zur weiteren Effizienzsteigerung wurde die optimale Geometrie der Solarmodule berechnet.



Müller, Christian;
Structure of atomic configurations and dynamic pathways in ion-conductinging glass systems. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Ionenleitende Gläser haben für viele Anwendungen, wie beispielsweise Festkörperbatterien, eine grosse Bedeutung. Ein grundlegendes Verständnis ihrer Leitungsmechanismen unterstützt die Entwicklung verbesserter Materialien. Zwei Methoden, die dafür in den letzten Jahren verwendet wurden, sind Molekulardynamik (MD)-Simulationen und Bindungsvalenz (BV) -Rechnungen, die beide eine Bestimmung von Diffusionspfaden der mobilen Ionen ermöglichen. Die Güte der BV-Methode ist mit Hinblick auf Gläser nicht klar, daher testen wir sie gegen MD-Simulationen von Lithium-Silikat-Gläsern. Es stellt sich heraus, dass die BV-Methode zwar ungeeignet ist um Li-Ionenplätze zu identifizieren, aber Teile des Diffusionspfades erfassen kann. Die teilweise Übereinstimmung von MD- und BV-Diffusionspfad beruht grösstenteils auf der Verwendung von Ausschlussradien um die Netzwerkatome. Zusätzlich werden Dichtefunktionalrechnungen von grossen LISON- [Li2SO4(N)] und Lithium-Metaborat- [Li2O-B2O3] Clustern durchgeführt, um molekulare Konfiguration zu erzeugen, die gute Repräsentanten lokaler Strukturen in Gläsern sind. Diese werden durch den Vergleich theoretischer und experimenteller Spektren evaluiert. Struktureigenschaften der Cluster werden untersucht und eine gute Übereinstimmung der verglichenen Spektren einiger Konfigurationen gezeigt. Erstmals wird gezeigt, dass Stickstoff in LISON Clustern Brücken zwischen SO3N2 & Anionen ausbildet. Es ist wahrscheinlich, dass dieser Mechanismus verantwortlich ist für die Bildung einer amorphen LISON Dünnfilmschicht beim Sputtern von Lithiumsulfat mit Stickstoff.



Röppischer, Marcus;
Einfluss anisotroper Verspannung auf die optischen Eigenschaften von epitaktischen GaN- und ZnO-Schichten. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses anisotroper Verspannung auf die optischen Eigenschaften von GaN- und ZnO-Schichten. Die Methoden der Photolumineszenz (PL) und Photoreflexion (PR) wurden zunächst zur Bestimmung der Exzitonenübergangsenergien und Oszillatorstärken von GaN-Schichten auf c-orientierten Substraten benutzt. Durch Wachstum auf verschiedenen Substrat-Materialien konnten kompressiv sowie tensil verspannte Schichten betrachtet werden. Als Referenz für unverspanntes Material diente eine freistehende GaN-Probe. Mittels kp-Theorie wurde der Einfluss von Verspannungen auf die optischen Eigenschaften in hexagonalen Kristallsystemen berechnet und dargestellt. Anschließend wurden die Ergebnisse für Rechnung und Messung für verschiedene Temperaturen miteinander verglichen, was eine äußerst gute Übereinstimmung ergab. Abweichungen von der Rechnung entstehen durch fehlerbehaftete Bestimmung des Verspannungszustandes sowie abweichende Materialparameter. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag darin, die Anisotropie in der Wachstumsebene der entsprechenden Proben zu untersuchen. Hierzu wurden polarisationsabhängige PR-Messungen durchgeführt. Die Polarisation des Messlicht konnte durch einen Polarisationsfilter im Messaufbau geändert werden. Zunächst wurden die Proben auf c-orientierten Substraten sowie die unverspannte Referenz-Probe betrachtet. Hierbei wurden keinerlei optische Anisotropien zwischen den beiden Polarisationsrichtungen in den PR-Messungen festgestellt. Dies lässt darauf schließen, dass es keine Verspannungsunterschiede in der Wachstumsebene der Schichten gibt. Der größte Abschnitt der Arbeit widmet sich der Charakterisierung von GaN-Schichten auf nichtpolaren a-orientierten Substratoberflächen. Hier wurden zunächst wieder temperaturabhängige PL-Messungen zur Bestimmung der Exzitonenübergangsenergien durchgeführt. Anschließende polarisationsabhängige PR-Messungen zeigten eine ganz klare optische Anisotropie im Bereich der Exzitonenübergänge. Dies deutet auf eine in der Wachstumsebene biaxial anisotrop verspannte Schichte hin, was mittels Röntgenbeugung (XRD) und Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS) bestätigt wurde. Der Unterschied in den Verspannungen entsteht durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Substrates senkrecht und parallel zur optischen Achse. Der Einfluss biaxial anisotroper Verspannungen wurde auch theoretisch beschrieben und dargestellt. Die Untersuchung der optischen Anisotropie in der Wachstumsebene wurde auch an ZnO-Schichten durchgeführt. Bei ZnO-Proben auf c-orientierten Substraten erhält man die gleichen Resultate wie bei GaN. Es gibt keinerlei Anisotropien in den optischen Signalen. Bei ZnO auf nichtpolaren a-orientierten Substraten ergeben die Messungen eine wesentlich kleinere Anisotropie als bei GaN-Schichten. Dies zeigen sowohl polarisationsabhängige PR-Messungen als auch XRD und RAS.



Klein, Marcus;
Numerische Simulation von Strömungserscheinungen beim Galvanisieren. - 112 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts erlaubt die Galvanotechnik durch die elektrochemische Abscheidung dünner Schichten eine gezielte Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Produkten. Die mit der fortschreitenden Technisierung und zunehmenden Miniaturisierung steigenden Anforderungen an die Qualität der erzeugten Überzüge können meist nur mit neuen innovativen Beschichtungsverfahren erfüllt werden. Ein solches galvanisches Spezialverfahren ist die selektive hartmagnetische Kobaltabscheidung, wie es die Firma Dr. Kubitz Umwelt- und Galvanotechnik realisiert. Bei der Herstellung dieser Kobaltschicht, die die magnetische Speicherung von Orts-Informationen und überdies die Steuerung sowie die Kontrolle bewegter Teile gestattet, wird eine den Galvanikprozess fördernde Elektrolytbewegung durch die Rotation der Kathode gewährleistet. Der dadurch induzierte Strömungszustand beeinflusst die Güte der abgeschiedenen Kobaltspur signifikant und war Gegenstand der Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit. - Direkte experimentelle Messungen der Strömungsverhältnisse in einer Elektrolytlösung sind in der Regel relativ aufwändig und kaum ohne Beeinflussung der Strömung selbst durchzuführen. Deshalb hat sich vor allem in der jüngeren Vergangenheit mit der Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer Rechner die numerische Simulation als Modellierungswerkzeug hervorgetan, erlaubt sie es doch, Strömungen auch schwieriger Geometrien mit verhältnismäßig geringem Aufwand hinreichend exakt wiederzugeben. - In der vorliegenden Arbeit wird mit numerischen Simulationen auf der Grundlage des Programmpaketes FLUENT untersucht, welche Einflüsse die durch die Kathodenrotation hervorgerufenen Zwangsströmungen im Elektrolytbad in Abhängigkeit von der die Kathoden-Drehzahl charakterisierenden Reynolds-Zahl einerseits und vom Aspektverhältnis des Beckens andererseits haben. - Dabei widmet sich das Kapitel 2 der Herstellung galvanischer Schichten. Die Galvanotechnik wird kurz vorgestellt. Im Kapitel 3 werden die theoretischen Hintergründe numerischer Strömungssimulationen erläutert. Die zur Simulation verwendete Software FLUENT wird im Kapitel 4 umrissen. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Strömungssimulationen werden im Kapitel 5 behandelt. Die Ergebnisse werden diskutiert und denkbare Folgeszenarien besprochen. Einer abschließenden Zusammenfassung der Ergebnisse widmet sich das Kapitel 6.