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In Situ and Ex Situ Investigations of Transition Metal-Catalyzed Crystallization of Carbon and Silicon Thin Films
No full textTransition metal interface effects of on the crystallization of carbon and silicon were investigated. The graphitization of carbon was studied by ion beam sputter deposition of atomic carbon onto a nickel surface at temperatures ranging from room temperature to 550 °C. The resulting films were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, nuclear reaction analysis combined with Rutherford backscattering spectrometry, Raman spectroscopy and transmission electron microscopy. A temperature-induced and a nickel-induced effect on the graphitic ordering is demonstrated. The carbon films showed a two layered structure: directly on the nickel surface up to 8 monolayers of graphitic carbon, further deposited carbon formed less ordered structures, preferably perpendicular to the surface. The results are discussed on the basis of hyperthermal atom deposition, surface diffusion, metal-induced crystallization and dissolution-precipitation. The analysis points to a dominating role of surface diffusion-assisted crystallization in the carbon ordering process.
The kinetics of silver-induced crystallization of amorphous silicon were studied in a series of isothermal annealing experiments at 350 °C, 400 °C, 450 °C and 500 °C. The annealing process was monitored in situ employing Raman spectroscopy and Rutherford backscattering spectrometry from which time resolved information on the phase transformation and hence the kinetics are obtained. The grain structure of the crystallized silicon film was investigated with optical and scanning electron microscopy which reveals grain diameters of 5 to 8 µm. The small scale crystallinity was measured with X-ray diffraction and crystal domain sizes from 20 to 50 nm were observed. The phase transformation kinetics are discussed based on the Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov theory. The analysis points to a two-dimensional, diffusion limited process with fast Avrami-type nucleation and an activation energy of 0.8 eV/at.:Contents
1. Introduction
2. Metal-Induced Crystallization
2.1. Introduction and State of the Art of Metal-Induced Crystalliza-tion
2.2. Thermodynamics of Metal-Induced Crystallization
2.3. Kinetics of Metal-Induced Crystallization
3. Ion Beam Analysis
3.1. Rutherford Backscattering Spectrometry
3.2. Nuclear Reaction Analysis
4. Raman Spectroscopy
4.1. Light Scattering in Solids
4.2. Theory
4.2.1. The Raman Spectrum of Graphitic Carbon
4.2.2. The Silicon Raman Spectrum
5. The Cluster Tool at the Ion Beam Center
5.1. General Concept
5.2. Sputtering Chamber
5.3. The Environmental Chamber
5.4. The Analysis Chamber
5.5. The Ion Beam Analysis Chamber
5.5.1. The Experimental Setup
6. The Carbon Nickel System
6.1. Experimental Details
6.1.1. Film growth
6.1.2. Characterization
6.2. Results
6.3. Discussion
7. The Silicon Silver System
7.1. Experimental
7.1.1. Film Preparation
7.1.2. In Situ Raman Spectroscopy
7.1.3. In Situ Rutherford Backscattering Spectrometry
7.2. Results
7.2.1. Raman Spectroscopy
7.2.2. Rutherford Backscattering Spectrometry
7.2.3. X-ray Diffraction
7.2.4. Optical and Scanning Electron Microscopy
7.3. Discussion
8. Conclusion and Outlook
A. Appendix
A.1. Spectroscopic Lineshapes
A.1.1. The Lorentzian Lineshape
A.1.2. The Breit-Wigner-Fano Lineshape
A.1.3. The Doniach-Sunjic Lineshape
A.1.4. The Gaussian Lineshape
A.1.5. The Voigt Lineshape
A.2. Statistcial Distribution Functions
A.2.1. The Gamma Distribution
BibliographyDer Einfluss von Übergangsmetallkontaktflächen auf die Kristallisation von Kohlenstoff und Silizium wurde untersucht. Dazu wurde Kohlenstoff bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 550 °C auf Nickel mittels Ionenstrahl-Sputtern abgeschieden. Die so erzeugten Filme wurden mit Röntgenphotoelektronen Spektroskopie, Kernreaktionsanalyse kombiniert mit Rutherford Rückstreu Spektrometrie, Raman Spektroskopie und Transmissions-Elektronenmikroskopie charakterisiert. Ein Nickel- und ein Temperatureffekt auf den Graphitisierungsprozess wird nachgewiesen. Die Kohlenstofffilme zeigten einen zweilagigen Aufbau: Direkt auf der Nickeloberfläche bis zu 8 Monolagen graphitischen Kohlenstoffs, weiterer abgeschiedener Kohlenstoff bildet weniger geordnete Strukturen, die bevorzugt senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet sind. Die Ergebnisse werden auf Basis von hyperthermischer, atomarer Abscheidung, Oberflächendiffusion, Metall-induzierte Kristallisation und Lösung-Ausfällung diskutiert. Die Analysen deuten auf eine dominante Rolle der Oberflächendiffusion im Graphitisierungsprozess hin.
Die Kinetik der Silber-induzierten Kristallisation von amorphen Silizium wurde in einer Reihe von isothermalen Temperexperimenten bei 350 °C, 400 °C, 450 °C und 500 °C untersucht. Der Tempervorgang wurde mit in situ Raman Spektroskopie und in situ Rutherford Rückstreu Spektrometrie charakterisiert, wodurch zeitaufgelöste Information über den Phasenübergang und damit die Kinetik gewonnen wurden. Das Gefüge der entstandenen Siliziumschichten wurde mit optischer und Rasterelektronenmikroskopie untersucht, welche Korndurchmesser von 5 bis 8 µm zeigten. Die Kristallinität wurde mit Röntgendiffraktometrie analysiert. Hierdurch wurden Kristallitgrößen von 20 bis 50 nm bestimmt. Die Kinetik des Phasenüberganges wird anhand der Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov Theorie diskutiert. Dies deutet auf einen zeidimensionalen, diffusionslimitierten Prozess mit schnell abklingender Avrami-Keimbildung hin. Die Aktivierungsenergie wurde zu 0.8 eV/At. bestimmt.:Contents
1. Introduction
2. Metal-Induced Crystallization
2.1. Introduction and State of the Art of Metal-Induced Crystalliza-tion
2.2. Thermodynamics of Metal-Induced Crystallization
2.3. Kinetics of Metal-Induced Crystallization
3. Ion Beam Analysis
3.1. Rutherford Backscattering Spectrometry
3.2. Nuclear Reaction Analysis
4. Raman Spectroscopy
4.1. Light Scattering in Solids
4.2. Theory
4.2.1. The Raman Spectrum of Graphitic Carbon
4.2.2. The Silicon Raman Spectrum
5. The Cluster Tool at the Ion Beam Center
5.1. General Concept
5.2. Sputtering Chamber
5.3. The Environmental Chamber
5.4. The Analysis Chamber
5.5. The Ion Beam Analysis Chamber
5.5.1. The Experimental Setup
6. The Carbon Nickel System
6.1. Experimental Details
6.1.1. Film growth
6.1.2. Characterization
6.2. Results
6.3. Discussion
7. The Silicon Silver System
7.1. Experimental
7.1.1. Film Preparation
7.1.2. In Situ Raman Spectroscopy
7.1.3. In Situ Rutherford Backscattering Spectrometry
7.2. Results
7.2.1. Raman Spectroscopy
7.2.2. Rutherford Backscattering Spectrometry
7.2.3. X-ray Diffraction
7.2.4. Optical and Scanning Electron Microscopy
7.3. Discussion
8. Conclusion and Outlook
A. Appendix
A.1. Spectroscopic Lineshapes
A.1.1. The Lorentzian Lineshape
A.1.2. The Breit-Wigner-Fano Lineshape
A.1.3. The Doniach-Sunjic Lineshape
A.1.4. The Gaussian Lineshape
A.1.5. The Voigt Lineshape
A.2. Statistcial Distribution Functions
A.2.1. The Gamma Distribution
Bibliograph
Inertialsensoren in der biomechanischen Gang- und Laufanalyse – Anforderungen an Sensoren und Algorithmik
Get PDFIm Fokus dieser kumulativ angefertigten Dissertation stehen vier methodenorientierte biomechanische Studien, in welchen die potentiellen Fehlerquellen analysiert werden, die beim Einsatz von Inertialsensoren in der biomechanischen Gang- und Laufanalyse auftreten können. In den einzelnen Beiträgen werden die Einflüsse der Inertialsensoraufnahmefrequenz (Studie I) und des Messbereichs der Beschleunigungssensoren (Studie II) auf die kinematischen, kinetischen und räumlich-zeitlichen Parameter systematisch untersucht. Des Weiteren wird sich kritisch mit der Genauigkeit verschiedener Detektionsmethoden des initialen Bodenkontaktes (Studie III) sowie mit der Aussagekraft der maximalen Eversionsgeschwindigkeit (Studie IV) auseinandergesetzt. Um ein umfassendes Bild der Einflussgrößen zu erhalten, wurde in den Studien II, III und IV untersucht, ob die Materialcharakteristik der Laufschuhsohle die Genauigkeit der biomechanischen Parameter beeinflusst. Zudem wurde in Studie III geprüft, welchen zusätzlichen Effekt der Laufstil (Vor- und Rückfußlaufen) auf die Genauigkeit der initialen Bodenkontaktbestimmung hat sowie welchen Einfluss die Bewegungsgeschwindigkeit (Gehen und Laufen) auf die maximale Eversionsgeschwindigkeit nehmen kann (Studie IV). Die Ergebnisse der vier Untersuchungen werden am Ende dieser Arbeit in einem gemeinsamen Kontext diskutiert. Auf Grundlage der Erkenntnisse konnte eine Übersicht erstellt werden, welche sowohl die Mindestanforderungen an Inertialsensoren als auch die Einflussgrößen auf die Genauigkeit der biomechanischen Parameter enthält. Mit diesem Überblick erhalten Nutzer von Inertialsensoren (z.B. Sportler, Trainer, Mediziner und Wissenschaftler) bei der Planung einer Bewegungsanalyse die Unterstützung, die Sensoren mit der passenden Sensorspezifikation in Kombination mit den präzisesten Auswertealgorithmen auszuwählen. Zudem können die Informationen aus dieser Dissertation dazu genutzt werden, Erkenntnisse bereits publizierter Studien kritisch zu hinterfragen.In previous studies, inertial sensors were used to investigate kinematic, kinetic, and spatio-temporal parameters during walking and running. The present cumulative doctoral thesis consists of four methodological studies. Two of the studies examine the influence of inertial sensor sampling rate (study I) and accelerometer operating range (study II) on the accuracy of biomechanical parameters. Another study investigated whether different published foot strike detection methods can accurately detect the time of initial ground contact (study III). The final study examined whether a single gyroscope can be used to accurately determine peak eversion velocity (study IV). In order to obtain a comprehensive view of the influencing factors, studies II, III and IV also investigated whether the material characteristics of the running shoe sole also influence the accuracy of the biomechanical parameters. Additionally, the effect of running style (forefoot or rearfoot) on the accuracy of foot strike detection methods was investigated in study III, and the effect of locomotion speed (walking, running slow up to running fast) on the accuracy of peak eversion velocity was examined in study IV. The results of the four investigations will be summarized and discussed in a common context. Based on the findings, an overview was prepared which contains both the minimum requirements for inertial sensors and also the influencing variables on the accuracy of the biomechanical parameters. This overview may assist users of inertial sensors (e.g. athletes, trainers, physicians, or scientists) in planning gait and running analyses to select inertial sensors with the appropriate specification in combination with the most accurate algorithms. In addition, the information from this dissertation can be used to critically consider the findings of published studies
Enhanced Wear Behaviour of Spark Plasma Sintered AlCoCrFeNiTi High-Entropy Alloy Composites
Get PDFHigh hardness and good wear resistance have been revealed for the high-entropy alloy (HEA) system AlCoCrFeNiTi, confirming the potential for surface protection applications. Detailed studies to investigate the microstructure and phase formation have been carried out using different production routes. Powder metallurgical technologies allow for much higher flexibility in the customisation of materials compared to casting processes. Particularly, spark plasma sintering (SPS) enables the fast processing of the feedstock, the suppression of grain coarsening and the production of samples with a low porosity. Furthermore, solid lubricants can be incorporated for the improvement of wear resistance and the reduction of the coefficient of friction (COF). This study focuses on the production of AlCoCrFeNiTi composites comprising solid lubricants. Bulk materials with a MoS2 content of up to 15 wt % were produced. The wear resistance and COF were investigated in detail under sliding wear conditions in ball-on-disk tests at room temperature and elevated temperature. At least 10 wt % of MoS2 was required to improve the wear behaviour in both test conditions. Furthermore, the effects of the production route and the content of solid lubricant on microstructure formation and phase composition were investigated. Two major body-centred cubic (bcc) phases were detected in accordance with the feedstock. The formation of additional phases indicated the decomposition of MoS2
Expert System-based Autonomous Mission Control for Unmanned Aerial Vehicle
Get PDFUAV applications have witnessed a great leap during the last decade including aerial photography, surveillance, inspection, mapping and many other applications. Using UAVs has many advantages over manned aerial vehicles. Reducing costs and avoiding putting human lives in danger are two major benefits. Currently, most of the UAVs are remotely controlled by human operators, either by having Line of Sight between the operator and the UAV or by controlling it from a ground control station. This may be fine in short missions. However, manually executing long and boring missions adds much inconvenience on the human operators and consumes more human resources. In addition, there is always the risk of losing the connection between the UAV and the human operators which leads to unpredicted, and probably catastrophic, consequences. The objective of this work is to reduce this inconvenience by moving the decision making responsibility from the human operators to the mission control system mounted on the UAV. In other words, the target is to design an on-board autonomous mission control system that has the capability of making decisions on-board and in real-time. Expert system technology, which is a type of artificial intelligence, is used to reach the autonomy of the target UAV. Expert system has the advantage of dealing with uncertainty during the mission execution. It also makes the system easily adaptable to execute any mission that can be described in form of rules. In this thesis, the design, implementation and testing of the expert system-based autonomous mission controller (ESBAMC) is covered. The target mission used to prove the feasibility of the proposed approach is the inspection of power poles. Power pole insulator is autonomously inspected by capturing three pictures from three different points of view. The proposed system has been successfully tested in simulation. Results show the performance and efficiency of the system to make decisions in real-time in any possible situation that may occur during the execution of the considered mission. In the near future, it is planned to test the proposed system in reality
Squaring the square
Get PDFGiven a square with integer side length n, we ask for the number of different ways to divide it into sub-squares, considering only the list of parts. We enumerate all possible lists and check whether a placement with those squares is possible. In order to do this, we propose a new algorithm for creating perfect square packings
Improving the Performance of Dual Linear Polarization Antennas with Metamaterial Structures
Get PDFIn this dissertation, the operation of dual-linear polarized antennas is considered in order to provide ideal performance suited for several applications including polarimetric synthetic aperture radar (SAR), wireless and satellite communications. The underlying objectives realized in this work are reported as design realizations of dual-linear polarized antennas with low cross polarization patterns and high isolation between ports that employ special properties of the electromagnetic metamaterial (MTM) structures. Some of these key properties appear as negative permittivity, negative permeability, negative refractive index, and antiparallel nature of the phase velocity and the group velocity. The antenna design is carried out at two frequencies, 5.5 GHz and 10 GHz, and key physical issues that affect the operation of dual-linear polarization operation antennas are treated in light of electromagnetic MTM properties.
It’s well known that a dual linear polarized antenna poses a big challenges such as cross polarization patterns and high mutual coupling between two input ports. Therefore, these drawbacks are key topic that receive significant attention in literature which reports on how to mitigate these drawbacks, however, at the expense of complexity of the antenna structures. The MTM structures have received considerable coverage in antenna research for obtaining size reduction, directivity enhancement, and beam steering. For this purpose, different MTMs structures are chosen in this thesis for achieving additional improvements, while keeping the antenna design as simple as possible, something which is very difficult to accomplish using conventional design methods.:Chapter 1: Introduction
Chapter 2: Dual linear Polarization Antennas and Arrays
Chapter 3: Fundamental Theory of Metamaterials
Chapter 4: Metamaterial Structures Design-Methodology
Chapter 5: Design of Dual Linear Polarization Using CRLH-TL Metamaterial Line Feed
Chapter 6: Cross Polarization Discrimination Enhancement of a Dual Linear Polarization Antenna Using Split Ring Resonator
Chapter 7: Antenna Array Design
Chapter 8: Conclusions and Future WorkIn der folgenden Dissertation wird der Einsatz von zweifach linear polarisierten Antennen zur idealen Ausführung von verschiedenen Anwendungen, einschließlich von polarimetrischen Synthetic Aperture Radar (SAR), kabellose und satellitengestützte Kommunikation, diskutiert. Die Ziele dieser Arbeit werden dargestellt durch die Gestaltung von zweifach linear polarisierten Antennen mit gering Kreuz-Polarisationsmustern und die starke Isolation zwischen den Ports durch die einzigartigen Eigenschaften der Strukturen des elektromagnetischen Metamaterials (electromagnetic metamaterial; MTM). Einige dieser Eigenschaften treten als negative Permittivität, negative Permeabilität, negativer Brechungsindex und als antiparallel Richtungen (Gegenvektor) der Phasen-und Gruppengeschwindigkeit auf. Somit wird die Antennengestaltung auf zwei Frequenzen übertragen, 5,5GHz und 10 GHz, und die Ausführung der zweifach linearen Polarisation wird durch die elektromagnetischen Eigenschaften des MTM illustriert.
Weil die Kreuzpolarisationsmuster und starke gegenseitige Koppelung zwischen zwei Input-Ports bei einer zweifach linear polarisierten Antenne große Schwierigkeiten bereiten, werden diese im Großteil der Fachliteratur als Schwerpunkte gesetzt, was zu einer Milderung der Nachteile führte, jedoch dafür die Komplexität der Antennenstruktur zunahm. Die Vielfalt an MTM ist ein bedeutender Teil im Bereich der Antennenforschung einschließlich der Größenverkleinerung, der Verbesserung der Richtcharakteristik und der Strahlensteuerung. Für diesen Zweck werden in dieser Dissertation verschiedenste MTM Strukturen ausgewählt um weitere Verbesserungen der Antennenstruktur zu ermöglichen und gleichzeitig die Einfachheit der Struktur zu bewahren, was mit konventionellen Gestaltungsmethoden nur schwer zu erreichen ist.:Chapter 1: Introduction
Chapter 2: Dual linear Polarization Antennas and Arrays
Chapter 3: Fundamental Theory of Metamaterials
Chapter 4: Metamaterial Structures Design-Methodology
Chapter 5: Design of Dual Linear Polarization Using CRLH-TL Metamaterial Line Feed
Chapter 6: Cross Polarization Discrimination Enhancement of a Dual Linear Polarization Antenna Using Split Ring Resonator
Chapter 7: Antenna Array Design
Chapter 8: Conclusions and Future Wor
Proaktive Agenten im Lernkontext: Die Auswirkungen neuer Inputkanäle in der lernstoffvermittelnden Mensch-Computer-Interaktion
Get PDFDie vorliegende Dissertation behandelt die Fragestellung, inwiefern proaktive Elemente eines pädagogischen Agenten die Lernwirksamkeit von elektronischen Lernprogrammen und Lernplattformen verbessern können. Dabei basiert die Arbeit auf mehreren Vorarbeiten, wobei die wissenschaftlichen Untersuchungen sowohl von Krämer (2008) als auch von Domagk (2010) hierbei besonders hervorzuheben sind. Darüber hinaus wurde die vorliegende Arbeit durch aktuelle Entwicklungen im Bereich der mobilen Kommunikationstechnologien und sich etablierender Assistenzsysteme, wie beispielsweise blickabhängigen Browsern auf einem Mobiltelefon, beeinflusst. Diese haben zunehmend einen entscheidenden Stellenwert im Alltag und zeichnen sich durch eine Unterstützungsfunktion aus, welche die anzunehmenden Entscheidungen und Handlungen von Menschen vorausnehmen sollen. In diesem Kontext sind dabei Heimautomatisierungsfunktionen, Navigationsgeräte und –applikationen sowie insbesondere computer- oder webbasierte Trainingsprogramme zu nennen. Diese Entwicklungen beziehen in immer prägnanterer Art und Weise die Umwelt, in der sie verwendet werden, in ihre algorithmischen Handlungsalternativen ein und schaffen somit einen Mehrwert für die alltägliche Mensch-Computer-Interaktion
Verlustbestimmung und Leistungsmessung an elektrischen Antrieben
No full textDiese Veröffentlichung beschreibt die Vorgehensweise bei der Messung und Berechnung elektrischer Leistungen im Allgemeinen und bei der Verlustbestimmung an elektrischen Antrieben im speziellen
Toleranzanalysen mit CETOL 6 Sigma anhand von 3D-modellbasierenden Geometriebeschreibungen unter Verwendung der GPS-Strategie nach ISO DIN 14638 und ISO DIN 8015
Get PDF- Toleranzsimulation mit CETOL
- GPS-Masterplan nach ISO 14638
- 3D-Bemaßungen an der CAD-Geometrie
- Geometrische Produktspezifikation
- Toleranzanalysen in Creo mit TAE
- Toleranzanalysen in MS-Excel
- Statistische 3D-Toleranzsimulation
- Form- und Lagetoleranzen in 3D-CAD-Daten
- Qualitätsvorhersage am virtuellen Prototypen
- Kosteneffiziente Toleranzdefinitio
Creo Simulate Roadmap
Get PDF- Creo 5.0 enhancements
- New extensions: Creo Flow Analysis, Topology Optimization
- Future