Speicherung und gezielte Kollision zweier Partikel in einer elektrodynamischen Falle. - 96 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
In dieser, im wesentlichen experimentellen Arbeit, wurde die neue Untersuchungsmethode der Kollision von Mikrotröpfchen in einem Partikelspeicher mit optionalem Auswurf erprobt und deren Anwendbarkeit im Labor an verschiedenen Versuchen dargelegt. Kollisionen von Mikrotröpfchen sind in vielen Gebieten der Forschung von Interesse. Zum einen wenn es darum geht, physikalische Prozesse zu untersuchen, die durch Kollisionen initiiert werden oder um chemische Reaktionen, die auf diese Weise dargestellt werden können. Der Vorteil bei dieser Untersuchungsmethode ist, dass bei der Manipulation von Tröpfchen im Bereiche einiger Mikrometer nur ein sehr geringes Probevolumen weniger Picoliter benötigt wird. Weiterer Vorteil beim Reaktionsablauf in einem Speicher ist, dass sowohl unterkühlte als auch übersättigte Flüssigkeiten untersucht werden können ohne dass ein vorzeitiges Gefrieren bzw. Kristallisieren stattfindet. Durch den optionale Auswurf der Partikel aus dem Speicher, können nach der Reaktion die Produkte außerhalb der Falle weiter untersucht werden (z.B. Massenspektrometrie). Die Levitation der Partikel erfolgte nach dem Prinzip der elektrodynamischen Speicherung von Wolfgang Paul. Für die Durchführung der Kollision innerhalb der Falle wurde zuerst ein großer (90æm Durchmesser), stark geladener Tropfen im Zentrum des Speichers levitiert. Dann wurde ein zweiter, kleinerer (50æm Durchmesser) Tropfen, welcher schwach entgegengesetzt geladen war, injiziert. Dieser kollidierte im Flug mit dem bereits gespeicherten Tropfen. Dabei waren auch Mehrfachkollisionen von bis zu 7 kleinen Tropfen auf einen Großen möglich. Neben der Fotografie des Kollisionsablaufs wurden verschiedene Reaktionen untersucht, welche die Anwendung der Untersuchungsmethode im Laboralltag veranschaulichen sollen. Dabei wurde eine Fällungsreaktion von Calciumcarbonat aus Natriumcarbonat und Calciumnitrat durchgeführt. Die Bildung des Calciumcarbonatniederschlages konnte durch die Änderung des Streulichtes detektiert werden. In einem weiteren Versuch wurde die Fluoreszenzlöschung an einem gespeicherten Rhodamin B - Tropfen nach Kollision mit einem Natriumjodidtropfen als Quencher beobachtet. Die Detektion erfolgt hier über Fotografie der fluoreszierenden Tropfen. Dabei konnte ein linearer Zusammenhang zwischen Abnahme der Fluoreszenzintensität bei zunehmender Quencherkonzentration beobachtet werden. Als letzter Versuch wurde das Gefrierverhalten eines unterkühlten Wassertropfens bei Kollision mit einem raumtemperierten Tropfen einer Wüstenstaubsuspension untersucht. Neben einer statistischen Messung von Tropfenkollisionen bei Temperaturen zwischen -28˚C und -22˚C, wurden die Formen der, nach der Kollision entstandenen Eispartikel beobachtet. Es konnte eine gute Übereinstimmung mit den in der Atmosphäre gefundenen Partikeln nachgewiesen werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei geringfügiger Modifikation am experimentellen Aufbau die Methode der Kollision in einem Speicher für weite Gebiete der Forschung (Physik, Chemie, Biologie) erschlossen werden kann. Interessante Einsatzgebiete sind hier physikalische Abläufe wie beispielsweise Gefrierprozesse welche Einblick in die Atmosphärenphysik geben, aber auch Untersuchungen von Reaktionskinetiken in der Chemie oder Biochemie.
Effloreszenz und Deliqueszenz von gemischten organischen und anorganischen Lösungströpfchen in einer Paulfalle. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
In der vorliegenden Arbeit wurden Messungen an levitierten Tröpfchen wässriger Lösungen verschiedener Substanzen in einer elektrodynamischen Tröpfchenfalle vorgestellt. Hierfür wurde eine Apparatur verwendet, die es gestattet Tröpfchen mit einem Durchmesser von berührungsfrei über einen langen Zeitraum zu speichern. Dabei kann in der Falle Temperatur und Feuchte in bestimmten Bereichen frei gewählt werden. Zur Untersuchung von Phasenübergängen in diesen Tröpfchen wurden Gewichtsänderungen, die direkt mit der Haltespannung gekoppelt sind, verwendet. Dabei wurde auf der einen Seite die Nukleation einer festen Phase aus der übersättigten Flüssigkeit und auf der anderen Seite das Auflösen der festen Partikel untersucht. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: 1. Es konnte festgestellt werden, dass es bei ausreichend tiefen Temperaturen, in diesem Fall -20˚C, eine Wechselwirkung zwischen Effloreszenz und einem Gefrierprozess bei gibt. Bei -10˚C wurde diese Wechselwirkung nicht beobachtet, dort erfolgte ausschließlich Effloreszenz. 2. Die temperaturabhängige Messung der Deliqueszenz von ergab einen Anstieg der DRH mit steigender Temperatur. Das widerspricht sowohl der Theorie, als auch Messungen die von anderen Gruppen bei Temperaturen >0˚C durchgeführt wurden. 3. Die Messung von Gemischen aus Ammoniumsulfat und 2 Dicarbonsäuren ergab eine Temperaturabhängigkeit der DRH in Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen. 4. Zusammenfassend kann für die Messungen von Ammoniumsulfat in Verbindung mit den Dicarbonsäuren folgendes gesagt werden: Die Verringerung der Deliqueszenzfeuchte von Ammoniumsulfat bei Zugabe einer Dicarbonsäure hat insofern Bedeutung für Vorgänge in der Atmosphäre, als dass ein hygroskopisches Wachstum bei gemischten Partikel früher einsetzt und somit zu größeren Tröpfchen führt. Diese haben wiederum einen anderen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass die Messung der Effloreszenz und Deliqueszenz von anorganischen und organischen Substanzen mit dem beschriebenen Aufbau möglich ist. Sie zeigen aber auch, dass zum Teil noch viele weitere Messungen durchgeführt werden müssen, um aussagekräftige Ergebnisse liefern zu können.
Design and assembling of a broadband cavity ringdown and cavity enhanced absorption spectrometer using light emitting diodes. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Wir leben in einer Zeit, in der die Folgen des Menschen auf die Umwelt auch für Leihen immer deutlicher sichtbar werden. Vor allem die anthropogene Beeinflussung des Klimas wird zunehmend ein politisches und mediales Thema. Es bleibt jedoch schwierig Handlungen des Menschen kausal mit Klimafolgen in Zusammenhang zu bringen. Dies gibt so genannten Klimakritikern Rückendeckung. Der Grund für das unzureichende Verständnis ist die Komplexität der Prozesse, bei denen vor allem hoch verdünnte Spurenstoffe eine Rolle spielen. Im Bereich der Umweltphysik wird die Verteilung von Spurenstoffen und ihr Einfluss auf das Klima seit Jahren erforscht. Hierzu werden vor allem DOAS-Geräte eingesetzt. In dieser Arbeit werden resonanzverstärktes optischen Absoptionsmessverfahren vorgestellt, welche herkömmliche DOAS-Verfahren erweitern. Nach einer ausführlichen Vorstellung bisher entwickelter CRDSund CEAS-Verfahren wird das selbst entwickelte Gerät zum Nachweis von 3 NO und 2 NO vorgestellt. Es werden Proof of Principle Messungen diskutiert, die eine Einschätzung der Machbarkeit der verschiedenen Verfahren geben. Es wird gezeigt, dass vor allem die Weiterentwicklung der CEAS-DOAS Technik viel versprechend ist.
Optische Untersuchungen an blau emittierenden InGaN/GaN Quantengräben mit Braggreflektor. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
In dieser Arbeit werden optische Untersuchungen an blau emittierenden LED-Strukturen basierend auf drei InGaN/GaN Quantengräben (QW) mit Braggreflektor beschrieben. Verspannungen, elektrische Felder, die Bestimmung der Indiumkonzentration sowie Eigenschaften des Braggreflektors bilden die Eckpunkte der Arbeit. Photolumineszenz- (PL), Photoreflexion- (PR), Elektroreflexion- (ER) sowie Photostrommessungen (PC) wurden verwendet. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur (RT) entlang der zölligen Wafer durchgeführt. Probenstücke aus Rand- und Mittelbereich wurden temperaturabhängig von T=5K bis RT untersucht. Gegenstand der Untersuchungen war zum einen die abschließende GaN-Deckschicht der Proben, zum anderen der Multiquantengraben. Durch Vergleich der A-Exzitonenergie (aus PL) der GaN-Deckschicht mit einer unverspannten mittels HVPE hergestellten GaN-Probe wurden die Verspannungen gewonnen. Es zeigt sich eine kompressive Verspannung, die entlang der untersuchten Wafer nahezu konstant und temperaturunabhängig ist. Die aus der Verspannungsanalyse gewonnene Gitterkonstante (a=0,3189nm) floss in die theoretischen Betrachtungen ein, die erhaltene Bandlücke von GaN (Eg=3,467eV) in die experimentelle Bestimmung der Oberflächenfelder. Die Höhe und der Verlauf der Feldstärke über der Spannung wurde durch Auswertung der Franz-Keldysh-Oszillationen (FKO) der PR und ER ermittelt. Aus den Oberflächenfeldern wurde die Dotierung der GaN-Deckschicht gewonnen (1*10^(16)-2*10^(16)), sowie eine Abschätzung der dadurch am QW wirkenden Felder (einige 10kV/cm). ER und PC lieferten die Flachbandspannungen der GaN-Deckschicht und des QW. Reflektivitätsmessungen zeigten zum Rand der Proben hin eine Abnahme und eine Verschiebung des Reflektivitätsmaximums zu höheren Energien, aufgrund abnehmender Schichtdicken des Braggreflektors. Die QW-Signale aus ER, PR und PL lieferten durch Vergleich mit theoretischen Betrachtungen die In-Konzentration (ca. 5-10%) und den In-Gradient. Als theoretische Grundlage für die Bestimmung des In-Gehaltes diente ein verkippter QW. Verspannungen sowie Feldeinflüsse wurden in diesem Modell mitberücksichtigt. Die wirkenden Felder im QW (im Bereich MV/cm) wurden über die Polarisationszustände der InGaN- und GaN-Schichten abgeschätzt. Dafür wurden zwei Parametersätze der piezoelektrischen und der Elastizitätskonstanten diskutiert.
Tribologische Eigenschaften verschiedener Kohlenstoffschichten unter Vakuumbedingung und kontrollierten Atmosphären. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
In dieser Diplomarbeit wurde das tribologische Verhalten von drei unterschiedlichen diamantartigen Kohlenstoffschichten, einer WC/DLC-Multilagenbeschichtung und einer WC/DLC-Nanodispersionsschicht mit einem oszillierenden Tribometer untersucht. Durch zusätzliche Charakterisierung mit Photoelektronenspektroskopie (XPS), Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und einem Indenter konnte gezeigt werden, dass der Aufbau der Schichten einen großen Einfluss auf das Reibungs- und Verschleißverhalten unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen hat. Die Ergebnisse wurden in Hinblick auf weitere Entwicklung und dessen Anwendungen diskutiert.
Untersuchung des Einflusses der Gummierung auf drucktechnischen Oberflächen. - 87 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung einer alternativen Druckform mit den Methoden XPS (Röntgen-Photoelektronenspektroskopie), AFM (Rasterkraftmikroskopie) und UV-NIR-Ellipsometrie für den Einsatz in der Offsetdrucktechnologie. Hierbei wurden verschiedene Präparationzustände von Titandioxid charakterisiert. Besonderem Augenmerk galt dem Verhalten der Gummierung auf hydrophoben und hydrophilen Oberflächen, die für den Druckprozess essentiell sind. Auch der Einsatz mit alternativen organischen Chemikalien als Ersatz für die etablierte Gummierung wurde mit Hilfe verschiedener Druckversuche getestet. Dadurch kann die Beschreibung des System vereinfacht und der Zugang zu Optimierungen verbessert werden.
Adsorption von H 2 O auf SiO 2 /Si und NO 2 auf MgO/Ag : eine Untersuchung mit Ambient Pressure Photoelektronen Spektroskopie. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Systemen H2O auf SiO2/Si und NO2 auf MgO/Ag an denen Messungen mit der Ambient Pressure Photoelektronen Spektroskopie durchgeführt wurden. Bei der Ambient Pressure Photoelektronen Spektroskopie handelt es sich um die gewohnte Photoelektronen Spektroskopie, bei der sich die Probe jedoch in einer Gasumgebung befinden kann; in diesem Falle bis zu 10 Torr. Weiterhin wurden an beiden Probensystemen NEXAFS-Messungen nach der "auger electron yield"-Methode durchgeführt. Da die Arbeiten an der Molecular Environmental Science Beamline (Beamline 11.0.2) der Advanced Light Source des Lawrence Berkeley National Laboratorys durchgeführt wurde, wird weiterhin auf den Aufbau der Advanced Light Source und der Beamline eingegangen.
Modulationsspektroskopie an GaN und AlGaN/GaN-Heterostrukturen. - 100 S. = 3,55 MB. Text : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
In der vorliegenden Arbeit wurden die optischen Eigenschaften von GaN- und GaN/AlGaN/GaN-HEMT-Strukturen mit Ga-Polarität untersucht. Einen Schwerpunkt bildete die Charakterisierung der Proben durch Photoreflexion (PR), Photolumineszenz (PL) und Elektroreflexion (ER) und spektrale Ellipsometrie (SE). Als Referenz diente eine unverspannte GaN-Probe, die mit PL und PR zur Bestimmung der Exzitonenübergangsenergien untersucht wurde. Die Methode der Photoreflexion und Photolumineszenz wurden benutzt, um die Übergangsenergien der freien A- und B-Exzitonen der GaN-Proben zu ermitteln. Messungen von T=5K bis zur Raumtemperatur wurden durchgeführt, um eine Aussage zur Verspannung der GaN-Proben zu treffen. - Mittels Ellipsometriemessungen an den GaN-Proben und den Heterostrukturen wurden die Schichtdicken der einzelnen Proben bestimmt. Dabei wurde eine zunächst unbekannte Struktur an GaN/AlGaN/GaN-Proben bei ca. 3,72eV festgestellt. Anschließende temperaturabhängige Photostrom- und ER-Messungen dienten zur Klärung der Ursache des Signals. Als Konsequenz aus diesen Experimenten ergibt sich, dass beim Wachstum der abschließenden Deckschicht kein reines GaN entsteht, sondern eine dünne AlGaN-Schicht mit einem Al-Gehalt im Bereich von 15\%. - An den AlGaN/GaN-Strukturen wurden PL-Experimente im Temperaturbereich von 5K bis 295K durchgeführt um ebenfalls die drei charakteristischen Exzitonen vom GaN zu bestimmen. Mittels eines Vergleichs der Ergebnisse aus den PL- und PR-Experimenten im Bereich des GaN mit der HVPE-Probe konnten quantitative Aussagen über den Verspannungszustand der Proben abhängig von der Temperatur gemacht werden. - Aus den ER-Daten an den HEMT-Strukturen wurden die Franz-Keldysh-Oszillationen (FKO) zur genauen Bestimmung der internen elektrischen Felder in der Barriere analysiert. Daraus erhält man die 2DEG-Dichten in Abhängigkeit von der äußeren Gleichspannung. Messungen der ER-Spektren bei 5K, 80K und 295K beweisen die Unabhängigkeit der Verarmungsfeldstärke des 2DEG von der Temperatur. Die temperaturunabhängigen Polarisationsgradienten an der AlGaN/GaN-Grenzfläche wurden aus dem Experiment mit Hilfe der Feldstärke im Bereich der Verarmung des Elektronengases bestimmt. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit experimentellen Werten aus Röntgenmessungen, die den Al-Gehalt und die Gitterkonstanten der Proben liefern, zeigt leichte Abweichungen. Die Ursache dieser fehlenden Übereinstimmung liegt möglicherweise in einem falsch verwendeten Bowing-Parameter aus der Literatur.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=7171
Tribologische Untersuchungen an dem tarsalen Hafthaarapparat von Spinnenbeinen. - 82 S Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
Es wurde die Reibung an der tarsalen Scopula von avicularia metallica in Abhängigkeit der Normalkraft und der Reibgeschwindigkeit untersucht und mit der Mikrostruktur korreliert. Dabei war die Reibung in distale Reibrichtung deutlich höher und besaß einen deutlich höheren Adhäsionsanteil als in proximale Richtung. Die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Reibung zeigte einen linearen Verlauf, wobei der Anstieg in proximale Richtung deutlich kleiner als in distale Richtung ist. Nach Beendigung der Reibungsmessung wurden sekretähnliche Rückstände auf der Gegenprobe beobachtet. Die effektive Elastiziät konnte mit einem Wert in der Größenordnung von E*=10 KPa abgeschätzt werden.
Quanteneffizienzmessung an kristallinen Siliziumsolarzellen mit LED Biaslicht. - 84 S Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
In dieser Arbeit wird eine Verbesserung der Quanteneffizienzmessung an kristallinen Silizium Solarzellen vorgestellt. Der Ansatz dafür ist eine infrarote Biasbeleuchtung, die mittels LED erzeugt wird, die anstatt der standardmäßig genutzten Weißlichtquellen verwendet wird. Bei der Quanteneffizienzmessung wird die Solarzelle mit monochromatischen Licht beleuchtet und der zugehörige Kurzschlussstrom gemessen. Die Biasbeleuchtung wird dabei benötigt, um die Solarzelle in einen Zustand zu versetzen der normalen Betriebsbedingungen entspricht. Die LED Biasbeleuchtung stellt einen Arbeitszustand der Solarzelle ein, der mit dem unter Standardbedingungen sehr gut übereinstimmt. Der erzeugte Biasstrom dieser Beleuchtung ist jedoch um 70% kleiner als unter Standardbeleuchtung. Messungen und Simulationen mit dem Programm PC1D und Messungen konnten zeigen, dass die systematischen Abweichungen der Quanteneffizienz, die sich unter dieser infraroten Beleuchtung ergeben, klein sind im Vergleich zu den Abweichungen zwischen den führenden Messlaboren. Die Abweichung liegt zudem in der gleichen Größenordnung wie die Messunsicherheit des verwendeten Versuchsaufbaus, wenn eine starke Weißlicht-Biasbeleuchtung verwendet wird. Damit konnte die Anwendbarkeit der LED Biasbeleuchtung für die Quanteneffizienzmessung an kristallinen Silizium Solarzellen bestätigt werden. Der Vorteil, der sich durch die Verwendung von infraroter LED Biasbeleuchtung ergibt, ist der um 70% reduzierte Biasstrom. Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Messung um mehr als einen Faktor 3 verbessert. Zusätzlich sinkt mit dem abnehmenden Biasstrom auch die Anforderung an die Messelektronik, sodass auch für sehr große Solarzellen die verfügbare Technik verwendet werden kann. Der reduzierte Biasstrom ermöglich zudem eine Erweiterung des Messbereiches, da durch das verbesserte Signal-Rausch-Verhalten nun auch Wellenlängen der monochromatischen Beleuchtung mit nur geringer Bestrahlungsstärke stabile Signale bei der Analyse mit Lock-In Verstärkern liefern.