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Modellierung eines gekoppelten mechanisch-hydrodynamischen Systems zur aktiven Strömungsbeeinflussung
Get PDFDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der analytischen Modellierung und Optimierung synthetischer Jet-Aktuatoren, welche zur aktiven Strömungsbeeinflussung genutzt werden können. Ein in der Literatur bekanntes eindimensionales Modell wird ausführlich hergeleitet und an gemessene Geschwindigkeitsspektren verschiedener Jet-Aktuatoren angepasst. Der Einfluss jedes Modellparameters wird separat untersucht. Außerdem wird ein empirischer Zusammenhang zwischen Membranresonanzfrequenz und Luftkammervolumen angegeben, mit dessen Hilfe synthetische Jet-Aktuatoren mit größtmöglichen Strömungsgeschwindigkeiten durch die Düse konstruiert werden können.:Abkürzungsverzeichnis
Symbolverzeichnis
1 Einleitung
2 Physikalische Grundlagen
2.1 Aufbau und Funktionsweise der betrachteten synthetischen Jet-Aktuatoren
2.2 Grundlagen aus der Mechanik
2.3 Grundlagen aus der Hydrodynamik
2.4 Analytisches Modell für synthetische Jet-Aktuatoren
3 Numerische Grundlagen
3.1 Zur Lösung von Differentialgleichungssystemen
3.2 Grundlagen der Optimierung
4 Beschreibung von Messdaten mit Hilfe des Modells
4.1 Reproduktion der Ergebnisse der Veröffentlichungen von Sharma
4.2 Anpassung des Modells an Messdaten weiterer Aktuatoren
5 Parametervariation und Optimierung
5.1 Separate Variation jedes Parameters
5.2 Brute-force-Optimierung von Luftkammervolumen und Membranresonanzfrequenz
6 Zusammenfassung und Ausblick
Anhang
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Literaturverzeichnis
Danksagung
Selbstständigkeitserklärun
Konnektivität im Dualen System: Eine Kategorienanalyse von Ordnungsmitteln in ausgewählten Kaufmannsberufen
Get PDFIn der beruflichen Bildung, so wie sie im Dualen System in den deutschsprachigen Ländern organisiert ist, ist ein zentraler, wenn nicht konstitutiver Aspekt darin zu sehen, wie die beiden prototypischen Lernorte, der Ausbil-dungsbetrieb und die Berufsschule, sich zueinander verhalten. Konkurrierend, vielleicht aber ergänzend sind dazu die Komplementaritätstheorie der beruflichen Bildung und die Konnektivitätstheorie als Erklärungsmodelle zuhanden. Was fehlt, ist eine empirische Überprüfung beider Konzepte. Hier wird ein erster Schritt unternommen, die vorhandenen Ordnungsmaterialien, die das Lernen in Schule und Betrieb in Form von Plänen (Ausbildungsplan, Lehrplan u. ä.) koordinieren sollen, in ausgewählten Berufen zu untersuchen. Es zeigt sich dabei, dass sich für beide Erklärungsmodelle Indizien finden lassen.:1 Projektrahmen, Problemstellung und Vorgehensweise im Teilprojekt 3
2 Die zugrundeliegenden Theorien 5
2.1 Berufliche Bildung in Deutschland und die Lernortproblematik 5
2.2 Komplementaritätstheorie und Konnektivitätstheorie beruflicher Bildung 7
3 Dokumentenanalyse: methodologische und inhaltliche Entscheidungen 10
3.1 Methodologische Entscheidung: Dokumentenanalyse nach dem Verfahren von Mayring 10
3.2 Vorbereitung und Durchführung der Analyse 11
3.3.1 Hypothese 11
3.3.2 Analyse der Entstehungssituation der Dokumente 11
3.3.3 Formale Charakteristika des Materials 15
3.3.4 Richtung der Analyse 21
3.3.5 Theoretische Differenzierung der Fragestellung 21
3.3.6 Analysetechnik 21
3.3.7 Festlegen der Analyseeinheiten 21
3.3.8 Analyseschritte 22
4 Ergebnisse der qualitativen Inhaltsanalyse 23
4.2 Auf die Schule bezogene Kategorien 23
4.3 Auf die Betriebe bezogene Kategorien 25
4.4 Auf Schule und Betrieb bezogene, konnektive Kategorien 26
4.5 Strukturierung der Kategorien 29
4.6 Interpretation 30
4.6.1 Verbindungen zwischen den Dokumenten 30
4.6.2 Ebenen der Verbindungen 32
4.6.3 Besondere Aufgaben von Berufsschule und Betrieb 32
4.7 Methodenkritik 33
5 Fazit 34
Literaturverzeichnis 36
Quellen- und Gesetzestexte 37
Anhang 1: Dokumentenanalyse 39
Anhang 2: Textanalyse 5
Investigation of the supramolecular self-assembly, electronic properties, and on-surface reactions of porphyrin and phthalocyanine molecules
Get PDFDas grundlegende Verständnis der Adsorption, der Eigenschaften, und der Wechselwirkungen von komplexen organischen Molekülen auf Festkörperoberflächen ist für die Entwicklung neuer Anwendungen in der Nanotechnologie von entscheidender Bedeutung. Die in dieser Arbeit untersuchten funktionellen Bausteine gehören zu den Porphyrinen und Phthalocyaninen. Deren Adsorption, elektronische Struktur, und Reaktionen der Moleküle auf Edelmetalloberflächen wurden mit mehreren Methoden charakterisiert, insbesondere der Rastertunnelmikroskopie, Rastertunnelspektroskopie, Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie und Photoelektronenspektroskopie, welche zudem durch theoretische Simulationen unter Verwendung der Dichtefunktionaltheorie ergänzt wurden.
Tetra(p-hydroxyphenyl)porphyrin Moleküle ordnen sich durch Selbstorganisation zu verschiedenen, durch Wasserstoffbrückenbindungen stabilisierten Nanostrukturen an, welche in Abhängigkeit von dem Substratoberflächengitter untersucht wurden um das komplizierte Zusammenspiel von Molekül−Molekül und Molekül−Substrat-Wechselwirkungen bei der Selbstorganisation zu verstehen. Erhitzen der Adsorbatschichten dieses Moleküls führt zu einer schrittweisen Deprotonierung, und außerdem konnte auch ein Schalten der Leitfähigkeit einzelner Porphyrin-Moleküle durch lokale Deprotonierung mittels Spannungspulsen demonstriert werden. Eine Polymerisationsreaktion, welche auf der Ullmann-Reaktion basiert, aber direkt auf einer Oberfläche stattfindet, wurde für Kupfer-octabromotetraphenylporphyrin Moleküle, die auf Au(111) adsorbiert sind, gefunden. Nach einer thermischen Abspaltung der Bromatome von den Molekülen reagieren dabei die Radikalmoleküle bei hohen Temperaturen miteinander und bilden geordnete, kovalent gebundene Netzwerke aus. Die Bromabspaltung und die nachfolgenden Reaktionen und Veränderungen der elektronischen Struktur der Moleküle wurden ausführlich für die Substratoberflächen Au(111) sowie Ag(110) untersucht. Weiterhin, wird die Adsorption und Selbstorganisation von metall-freien Phthalocyanin-Molekülen auf einer Ag(110)-Oberfläche, und deren Selbstmetallierungsreaktion mit Silberatomen des Substrats umfassend und verständlich beschrieben. Zuletzt wurden organische Hybrid-Grenzflächen zwischen verschiedenen Metall-Phthalocyaninen untersucht, wobei ein Ladungstransfer zwischen Kobalt- und Platin-Phthalocyanin-Molekülen gefunden wurde. Dotierung gemischter Metall-Phthalocyanin-Filme durch Einlagerung von Kaliumatomen und deren selektive Adsorption im Molekülgitter führt zu einer deutlichen Veränderung der elektronischen Eigenschaften, aufgrund einer Ladungsübertragung an die Kobalt-Phthalocyanin Moleküle.:List of publications
List of abbreviations
1 Introduction
2 Methods
2.1 Scanning tunneling microscopy
2.1.1 Theoretical description
2.1.2 STM imaging modes
2.1.3 Scanning tunneling spectroscopy
2.1.4 Technical aspect of the STM instrument
2.2 Low energy electron diffraction
2.3 Photoelectron spectroscopy
2.3.1 Principle
2.3.2 Theoretical description
2.3.3 Initial state effects
2.3.4 Final state effects
2.3.5 X-ray source
2.3.6 Technical aspects of PES
2.3.7 Resonant Photoelectron spectroscopy
2.4 Near-edge X-ray absorption fine structure spectroscopy
2.4.1 Principle
2.4.2 Polarization dependence
2.5 Density Functional Theory
2.5.1 Fundamental equations
2.5.2 Exchange-correlation functionals
2.5.3 Dispersion correction
2.5.4 Hubbard U correction
2.5.5 Basis set
2.5.6 Grid-based projector augmented wave (GPAW) method
2.6 Fundamentals of epitaxy and growth of molecular films
3 Experimental and computational details
3.1 Experimental setup
3.2 Sample preparation
3.3 Technical details for measurements
3.3.1 STM
3.3.2 PES
3.3.3 NEXAFS
3.4 Computational details
4 Metal-free tetra(p-hydroxylphenyl)porphyrin (H2THPP)
4.1 Interplay of hydrogen bonding and molecule-substrate interaction in self-assembled supra-molecular structures of H2THPP
4.1.1 Adlayer structures of H2THPP on Au(111)
4.1.2 Adlayer structures of H2THPP on Ag(111)
4.1.3 Adlayer structures of H2THPP on Ag(110)
4.1.4 Calculation of the adsorption energies and discussion
4.2 Manipulation of the electronic structure by local reversible dehydrogenation
4.2.1 STM and STS results
4.2.2 Discussion of the interconversion
4.2.3 Dosing of hydrogen gas on H2THPP
4.3 Photoelectron spectroscopy investigation of the temperature-induced deprotonation
and substrate-mediated hydrogen transfer
4.3.1 Protonation and deprotonation at nitrogen atoms
4.3.2 Deprotonation at carbon atoms
4.3.3 Evolution of the valence band
4.4 Summary
5 Copper-octabromotetraphenylporphyrin (CuTPPBr8)
5.1 Introduction to surface-confined polymerization
5.2 Adsorption and polymerisation of CuTPPBr8 on Au(111)
5.2.1 XPS investigations
5.2.2 STM investigations of the molecular adlayer
5.2.3 DFT calculations
5.3 Adsorption and temperature-dependence of CuTPPBr8 on Ag(110)
5.3.1 XPS and NEXAFS investigations of CuTPPBr8 on Ag(110)
5.3.2 Adlayer structure and adsorption geometry of CuTPPBr8 on Ag(110)
5.4 Summary
6 Metal-free phthalocyanine (H2Pc) on Ag(110)
6.1 Adlayer structures of H2Pc on Ag(110)
6.2 Self-metalation of H2Pc on Ag(110) with silver surface atoms
6.2.1 Introduction to self-metalation
6.2.2 XPS investigations of the self-metalation
6.2.3 STM results of the self-metalation
6.2.4 DFT simulations of the metalation reaction path
6.3 Summary
7 Charge transfer in metallophthalocyanine blends and doping with potassium atoms
7.1 Charge transfer in platinum phthalocyanine – cobalt phthalocyanine dimers
7.1.1 XPS of PtPc−CoPc dimer layers
7.1.2 Resonant photoelectron spectroscopy of PtPc−CoPc dimer layers
7.2 Potassium doping of copper phthalocyanine − cobalt phthalocyanine mixed films
7.2.1 XPS of CuPc−CoPc mixed layers
7.2.2 UPS of CuPc−CoPc mixed layers
7.2.3 NEXAFS of CuPc−CoPc mixed layers
7.2.4 DFT calculations of the CuPc−CoPc dimer and K doping
7.3 Summary
8 Conclusion and outlook
Bibliography
Erklärung
Lebenslauf
Danksagun
What is the Hidden Web?: The development, characteristics and social significance of anonymous communication on the hidden web
Get PDFMore than two-and-a-half million people currently use the Tor network to communicate anonymously via the Internet and gain access to online media that are not accessible using standard Internet technology. This sphere of communication can be described as the hidden web. In part because this phenomenon is very recent, the subject has scarcely been studied in the social sciences. It is therefore the purpose of this paper to answer four fundamental questions: What is the hidden web? What characterises the communication sphere of the hidden web in contrast to the “normal Internet”? Which reasons can be identified to explain the development of the hidden web as a new communication sphere? And, finally, what is the social significance of the hidden web?:1 Introduction
2 Linguistic differentiation of the hidden web and an overview of the literature
3 Characteristics of communication via the hidden web
4 The creation of the hidden web as a response
to the development of the visible web
5 The social significance of the hidden web
6 Summary and prospectsÜber zweieinhalb Millionen Menschen nutzen gegenwärtig das Tor Network, um anonym über das Internet zu kommunizieren und Zugriff auf Online-Medien zu erhalten, die mit gewöhnlicher Internettechnik nicht nutzbar ist. Diese Kommunikationssphäre kann als Hidden Web bezeichnet werden. Unter anderem weil es sich um ein sehr junges Phänomen handelt, liegen bisher nahezu keine sozialwissenschaftlichen Erkenntnisse zu dem Thema vor. Dementsprechend werden hier vier grundlegende Fragen beantwortet: Was ist das Hidden Web? Welche Eigenschaften weist die Kommunikationssphäre des Hidden Web im Vergleich zum „normalen“ Internet auf? Welche Gründen lassen sich identifizieren, die die Entstehung des Hidden Web als neue Kommunikationssphäre erklären können? Und welche gesellschaftliche Bedeutung kommt dem Hidden Web schließlich zu?:1 Introduction
2 Linguistic differentiation of the hidden web and an overview of the literature
3 Characteristics of communication via the hidden web
4 The creation of the hidden web as a response
to the development of the visible web
5 The social significance of the hidden web
6 Summary and prospect
Analysis and Specification of an AUTOSAR based ECU in compliance with ISO 26262 Functional Safety Standard: Analysis and Specification of an AUTOSAR based ECU in compliance withISO 26262 Functional Safety Standard
Get PDFSafety has been always been an important part, irrespective of the field of work that it accounts for. The functional safety standard that is currently being used in the automotive domain is the ISO 26262. This is an adaptation of the IEC 61508 safety standard. It is directed as a basic functional safety standard for a variety of industries. The version of ISO 26262 that is used in this thesis is the final draft released in January, 2011.
In this thesis, various parts of the ISO 26262 functional safety standard are considered in order to understand the differences and interdependencies between them. The parts of ISO 26262 that are treated are as follows; Part 1: Vocabulary, Part 3: Concept phase, Part 4: Product development at the system level, Part 6: Product development at the software level and Part 9: Automotive Safety Integrity Level (ASIL)-oriented and safety-oriented analysis. During the entire course of this thesis the ISO 26262 standard is evaluated and the experience gained from it is jotted down.
The understanding gained during this thesis about the ISO 26262 can be applied to ongoing or new development processes. As safety can never be overlooked, the wisdom that belongs to the ISO 26262 can be generously used into embedded systems that demand certain levels of safety
Porous Ge@C materials via twin polymerization of germanium(II) salicyl alcoholates for Li-ion batteries
Get PDFThe germylenes, germanium(II) 2-(oxidomethyl)phenolate (1), germanium(II) 4-methyl-2-(oxidomethyl)phenolate (2) and germanium(II) 4-bromo-2-(oxidomethyl)phenolate (3) were synthesized and their thermally induced twin polymerization to give organic–inorganic hybrid materials was studied. The compounds 1–3 form oligomers including dimers, trimers and tetramers as a result of intermolecular coordination of the benzylic oxygen atom to germanium. The structural motifs were studied by single crystal X-ray diffraction analysis and DFT-D calculations. Thermally induced twin polymerization of these germylenes gave hybrid materials based on germanium-containing phenolic resins. Carbonization of these resins under reductive conditions resulted in porous materials that are composed of germanium and carbon (Ge@C materials), while oxidation with air provided non-porous germanium dioxide. The porous Ge@C materials were tested as potential anode materials for rechargeable Li-ion batteries. Reversible capacities of 540 mA h g−1 were obtained at a current density of 346 mA g−1 without apparent fading for 100 cycles, which demonstrates that germanium is well accessible in the hybrid material.Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich
Metal nanoparticles reveal the organization of single-walled carbon nanotubes in bundles
Get PDFSingle-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were decorated with metal nanoparticles. Using a complementary analysis with spatially resolved micro-Raman spectroscopy, high resolution transmission electron microscopy, electron diffraction, and tip-enhanced Raman spectroscopy, we show that the SWCNTs form bundles in which smaller diameter SWCNTs are the ones preferentially affected by the presence of Au and Ag nanoparticles. This result is exploited to evaluate the structural organization of SWCNTs with mixed chiralities in bundles, leading us to postulate that smaller diameter SWCNTs surround larger ones. We found that this effect occurs for very distinct scenarios including SWCNTs both in nanometer thin films and in field effect transistor configurations at the wafer-level, suggesting a universal phenomenon for SWCNTs deposited from dispersions.Einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) wurden mit Metallnanopartikeln dekoriert. Nach Anwendung von ortsauflösender Raman-Mikroskopie und -Spektroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie, Elektronenbeugung und spitzenverstärkter Ramanspektroskopie wird festgestellt, dass sich aus den SWCNTs fasrige Bündel formen, wobei die analytischen Signaturen der SWCNTs mit kleinerem Durchmesser stärker von der Präsenz der Gold- und Silbernanopartikel beeinflusst werden als die der größeren. Dieses Resultat kann damit erklärt werden, dass in der Struktur solcher Bündel SWCNTs mit kleinerem Durchmesser außen und SWCNTs mit größerem Durchmesser innen zu liegen kommen. Wir konnten diesen Effekt für verschiedene Szenarien nachweisen: i) für SWCNTs in nanometerdünnen ungeordneten Filmen und ii) für SWCNTs, ausgerichtet zwischen Elektroden in der Geometrie eines Feldeffekttransistors. Diese Feststellung legt nahe, dass es sich um ein universelles Phänomen für aus flüssigen Dispersionen abgeschiedene SWCNTs handelt.Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich
Thermo-Mechanical Characterization of Interfaces between Single-WalledCarbon Nanotubes and Metals by Pull-Out Testing
Get PDFVor dem Hintergrund zukünftiger Sensoren, basierend auf dem piezoresistiven Effekt von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWCNT), werden in dieser Arbeit umfangreiche Ergebnisse zum mechanischen Verhalten von Grenzflächen zwischen SWCNTs und edlen Metallen am Beispiel von Pd und Au präsentiert. Im Fokus steht dabei die Synergie von rechnerischen und experimentellen Methoden Molekulardynamik (MD), nanoskalige Tests und Analytik , um (1) mit guter Genauigkeit maximale Kräfte von gezogenen SWCNTs, welche in Metall eingebettet sind, vorauszuberechnen und (2) einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der zu Grunde liegenden Fehlermechanismen zu liefern.
Es wurde ein MDModell eines in eine einkristalline Matrix eingebetteten SWCNTs mit Randbedingen eines Auszugsversuchs entwickelt. Mit diesem Modell können Kraft-Weg-Beziehungen und Energieverläufe für einen quasistatischen verschiebungsgesteuerten Auszugsversuch errechnet werden. Das Modell liefert kritische Kräfte bei Versagen des Systems. Des Weiteren können mit diesem Modell der Einfluss des SWCNT-Typus, der Einbettungslänge, der Temperatur, von intrinsischen Defekten und Oberflächengruppen (SFGs) auf das Grenzflächenverhalten untersucht werden.
Zum Vergleich wurden kritische Kräfte experimentell durch in situ Auszugsversuche in einem Rasterelektronenmikroskop bestimmt. Es wurde eine sehr gute Übereinstimmung von rechnerischen und experimentellen Daten festgestellt. Der vorherrschende Fehler im Experiment ist der SWCNT-Bruch, jedoch wurden auch einige SWCNT-Auszüge beobachtet.
Mit Hilfe der MD-Simulationen wurde gefunden, dass die SFGs als kleine Anker in der umgebenden metallischen Matrix wirken und somit die maximalen Kräfte signifikant erhöhen. Diese Grenzflächenverstärkung kann Zugspannungen verursachen, die genügend hoch sind, so dass SWCNT-Bruch initiert wird. Im Gegensatz dazu zeigten Simulationen von Auszugstests mit idealen SWCNTs nur kleine Auszugskräfte, welche meistens unabhängig von der Einbettungslänge des SWCNTs sind. Dieses Verhalten wird mit einer inkommensurablen Konfiguration der Kristallstrukturen an der Grenzfläche von SWCNTs und der einbettenden Edelmetalle interpretiert.
Zur Qualifizierung der Existenz von carboxylatischen Oberflächengruppen auf dem genutzten SWCNT-Material wurden analytische Untersuchungen mittels Fluoreszenzmarkierung von Oberflächengruppen durchgeführt. In Übereinstimmung mit Literaturstellen zum gesicherten Nachweis von SFGs, bedingt durch technologische Behandlungen, weisen diese Experimente stark auf das Vorhandensein von carboxylatischen Oberflächengruppen auf dem genutzten SWCNT-Material hin. Demnach kann der dominante SWCNT-Bruch Fehler durch die Grenzflächenverstärkung auf Grund von SFGs erklärt werden.In the light of future sensors, that are based upon the piezoresistive effect of singlewalled carbon nanotubes (SWCNTs), this work presents comprehensive results of studies on the mechanical behavior of interfaces between SWCNTs and noble metals using the examples of Pd and Au. With this contribution, the focus is on a synergy between computational and experimental approaches involving molecular dynamics (MD) simulations, nanoscale testing, and analytics (1) to predict to a good degree of accuracy maximum forces of pulled SWCNTs embedded in a noble metal matrix and (2) to provide valuable input to understand the underlying mechanisms of failure.
A MD model of a SWCNT embedded in a single crystalline matrix with pull-out test boundary conditions was developed. With this model, force-displacement relations and energy evolutions for a quasi-static displacement controlled test can be computed. The model provides critical forces for failure of the system. Furthermore, the influence of SWCNT type, embedding length, temperature, intrinsic defects and surface functional groups (SFGs) on the interface behavior can be studied using this model.
For comparison, critical forces were experimentally determined by conducting pull-out tests in situ, inside a scanning electron microscope. A very good agreement of computational and experimental values was discovered. The dominant failure mode in the experiment was a SWCNT rupture, although several pull-out failures were also observed.
From MD simulations, it was found that SFGs act as small anchors in the metal matrix and significantly enhance the maximum forces. This interface reinforcement can lead to tensile stresses sufficiently high to initiate SWCNT rupture. In contrast, pull-out test simulations of ideal SWCNTs show only small pull-out forces, which are mostly independent on SWCNT embedding length. This behavior is interpreted with an incommensurate configuration of crystal structures at the interface between SWCNTs and embedding noble metals.
To qualify the existence of carboxylic SFGs on the used SWCNT material, an analytical investigation by means of fluorescence labeling of surface species was performed. In agreement with literature reports on the secured verification of SFGs due to necessary technological treatments, these experiments strongly indicate the presence of carboxylic SFGs on the used SWCNT material. Thus, the dominant SWCNT rupture failure is explained with an interface reinforcement by SFGs
Die Rolle des Sauerstoffanteils in Titandioxid bei Tantal-Dotierung zur Verwendung als transparentes leitfähiges Oxid
Get PDFIm Fokus der vorliegenden Arbeit lag die Untersuchung polykristalliner TiO2:Ta-Schichten, hergestellt mittels Gleichstrom-Magnetron-Sputtern durch Verwendung reduzierter keramischer Targets und anschließender thermischer Nachbehandlung im Vakuum der zunächst nichtleitfähigen amorphen Precursorschichten. Es wurden die physikalischen Zusammenhänge, welche die strukturellen, elektrischen und optischen Eigenschaften der kristallinen TiO2:Ta-Schichten beeinflussen analysiert und dabei eine empfindliche Abhängigkeit vom Sauerstofffluss während der Abscheidung festgestellt. Es zeigte sich, dass die Verringerung der kinetischen Energie der Plasmateilchen beim Magnetron-Sputtern durch die Erhöhung des Gesamtdruckes vorteilhaft ist, um das Wachstum des gegenüber Rutil besser leitfähigen Anatas in Verbindung mit dem für niedrige Widerstände notwendigen Sauerstoffdefizit zu realisieren.
Bei einem Gesamtdruck von 2 Pa abgeschiedene polykristalline TiO2:Ta-Schichten haben einen spezifischen Widerstand von 1,5·10-3 Ωcm, eine hohe Ladungsträgermobilität (≈8 cm2V-1s-1) und einen geringen Extinktionskoeffizienten von 0,006.
Die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes vom Sauerstoffdefizit in der TiO2:Ta-Schicht wurde unter dem Gesichtspunkt der Ladungsträgeraktivierung sowie der Bildung von Ti-Fehlstellen diskutiert, welche vermutlich zur Kompensation und Lokalisierung von freien Elektronen beitragen.
Darüber hinaus wurde zur effizienteren Gestaltung der thermischen Nachbehandlung die konventionelle Vakuumtemperung erstmalig erfolgreich durch die Blitzlampentemperung ersetzt.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Elektrische Leitfähigkeit
2.2 Dielektrische Funktion und optische Eigenschaften
2.3 Transparente leitfähige Oxide
2.3.1 Elektrische Eigenschaften
2.3.2 Optische Eigenschaften
2.4 Titandioxid
2.4.1 Eigenschaften und Herstellung
2.4.2 Transparentes leitfähiges Anatas
3 Experimentelle Methoden
3.1 Grundlagen der Schichtabscheidung mittels Magnetron-Sputtern
3.1.1 Wechselwirkungsprozesse im Magnetronplasma
3.1.2 Kinetik der Teilchen im Plasma
3.1.3 Schichtbildung
3.1.4 Teilreaktive Abscheidung von TiO2
3.2 Versuchsaufbau und Durchführung
3.2.1 Magnetronsputteranlage
3.2.2 Durchführung der Beschichtung
3.3 Thermische Nachbehandlung
3.3.1 Ultra-Kurzzeittemperung kleiner 20 ms mittels Blitzlampen
4 Charakterisierungsmethoden
4.1 Schichtzusammensetzung und -struktur
4.1.1 Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie
4.1.2 Röntgenbeugung
4.1.3 Transmissionselektronenmikroskopie
4.1.4 Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie
4.1.5 Positronen-Annihilations-Spektroskopie
4.2 Elektrische Eigenschaften
4.2.1 Hall-Messung
4.2.2 4-Spitzen-Methode
4.3 Optische Eigenschaften
4.3.1 Spektrale Photometrie
4.3.2 Spektrale Ellipsometrie
4.3.3 Modellanalyse
5 Ergebnisse/Diskussion
5.1 Synthese von Sauerstoff-verarmtem Anatas
5.1.1 Abscheidung des amorphen Precursormaterials
5.1.2 Thermisch induzierte Kristallisation mittels Ofentemperung
5.1.3 Diskussion
5.1.4 Schlussfolgerungen
5.2 Elektrische Eigenschaften TiO2-basierter TCO
5.2.1 Ladungsträgeraktivierung und elektrischer Transport
5.2.2 Einschub zur Morphologie der Anatasschichten
5.2.3 Diskussion
5.2.4 Schlussfolgerungen
5.3 Optische Eigenschaften TiO2-basierter TCO
5.3.1 Einfluss des Temperprozesses
5.3.2 Bestimmung der dielektrischen Funktion und optischer Materialeigenschaften mittels Modellanalyse
5.3.3 Abhängigkeit der optischen Eigenschaften von der Ladungsträgerdichte
5.3.4 Diskussion
5.3.5 Schlussfolgerungen
5.4 Ultra-Kurzzeit-Kristallisation mittels Blitzlampen
5.4.1 Korrelation zwischen Abscheidungs - und FLA-Prozess
5.4.2 Einschub zur Kristallisationskinetik
5.4.3 Morphologie
5.4.4 Optoelektronische Eigenschaften
5.4.5 Diskussion
5.4.6 Schlussfolgerungen
6 Zusammenfassung & AusblickThe work is focused on understanding the physical processes responsible for the modification of the structural, electrical and optical properties of polycrystalline TiO2:Ta films formed by vacuum annealing of initially not conductive amorphous films deposited by direct current magnetron sputtering. It is shown that the oxygen deficiency of amorphous and annealed TiO2:Ta films, respectively, is critical to achieve low resistivity and high optical transmittance of the crystalline films. Increasing the total pressure during magnetron sputter deposition is shown to be beneficial to achieve the desired oxygen deficient anatase growth, which is discussed in terms of energetic particle bombardment.
Polycrystalline anatase TiO2:Ta films of low electrical resistivity (1,5·10-3 Ωcm), high free electron mobility (≈8 cm2V-1s-1), and low extinction (0,006) are obtained in this way at a total pressure of 2 Pa. The dependence of the polycrystalline film electrical properties on the oxygen content is discussed in terms of Ta dopant electrical activation as well as transport limiting processes taking into account the formation of Ti-vacancies.
In addition, the conventional vacuum annealing has been successfully substituted by the flash lamp annealing in the millisecond range.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Elektrische Leitfähigkeit
2.2 Dielektrische Funktion und optische Eigenschaften
2.3 Transparente leitfähige Oxide
2.3.1 Elektrische Eigenschaften
2.3.2 Optische Eigenschaften
2.4 Titandioxid
2.4.1 Eigenschaften und Herstellung
2.4.2 Transparentes leitfähiges Anatas
3 Experimentelle Methoden
3.1 Grundlagen der Schichtabscheidung mittels Magnetron-Sputtern
3.1.1 Wechselwirkungsprozesse im Magnetronplasma
3.1.2 Kinetik der Teilchen im Plasma
3.1.3 Schichtbildung
3.1.4 Teilreaktive Abscheidung von TiO2
3.2 Versuchsaufbau und Durchführung
3.2.1 Magnetronsputteranlage
3.2.2 Durchführung der Beschichtung
3.3 Thermische Nachbehandlung
3.3.1 Ultra-Kurzzeittemperung kleiner 20 ms mittels Blitzlampen
4 Charakterisierungsmethoden
4.1 Schichtzusammensetzung und -struktur
4.1.1 Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie
4.1.2 Röntgenbeugung
4.1.3 Transmissionselektronenmikroskopie
4.1.4 Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie
4.1.5 Positronen-Annihilations-Spektroskopie
4.2 Elektrische Eigenschaften
4.2.1 Hall-Messung
4.2.2 4-Spitzen-Methode
4.3 Optische Eigenschaften
4.3.1 Spektrale Photometrie
4.3.2 Spektrale Ellipsometrie
4.3.3 Modellanalyse
5 Ergebnisse/Diskussion
5.1 Synthese von Sauerstoff-verarmtem Anatas
5.1.1 Abscheidung des amorphen Precursormaterials
5.1.2 Thermisch induzierte Kristallisation mittels Ofentemperung
5.1.3 Diskussion
5.1.4 Schlussfolgerungen
5.2 Elektrische Eigenschaften TiO2-basierter TCO
5.2.1 Ladungsträgeraktivierung und elektrischer Transport
5.2.2 Einschub zur Morphologie der Anatasschichten
5.2.3 Diskussion
5.2.4 Schlussfolgerungen
5.3 Optische Eigenschaften TiO2-basierter TCO
5.3.1 Einfluss des Temperprozesses
5.3.2 Bestimmung der dielektrischen Funktion und optischer Materialeigenschaften mittels Modellanalyse
5.3.3 Abhängigkeit der optischen Eigenschaften von der Ladungsträgerdichte
5.3.4 Diskussion
5.3.5 Schlussfolgerungen
5.4 Ultra-Kurzzeit-Kristallisation mittels Blitzlampen
5.4.1 Korrelation zwischen Abscheidungs - und FLA-Prozess
5.4.2 Einschub zur Kristallisationskinetik
5.4.3 Morphologie
5.4.4 Optoelektronische Eigenschaften
5.4.5 Diskussion
5.4.6 Schlussfolgerungen
6 Zusammenfassung & Ausblic
Zukünftige Belastungen von Niederspannungsnetzen unter besonderer Berücksichtigung der Elektromobilität
Get PDFAktuell finden umfangreiche Neuerungen und Veränderungen im Elektroenergiesystem statt. Dabei stellen die Netzintegration von Energiespeichern, EE-Anlagen und Elektrofahrzeugen sowie die Realisierung von Energiemanagementsystemen wichtige Neuerungen in der Niederspannungsebene dar. Analysen der Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen zeigen einen nennenswerten Einfluss auf den Lastbedarf. Als ein Ergebnis wird die maximal zulässige Anzahl an Elektrofahrzeugen ermittelt, bei der kein Netzumbau notwendig wird. Neben der Untersuchung verschiedener Ladevarianten wird die zufällige Ladung als innovative Ladevariante vorgestellt und deren Nutzen simuliert.Currently, fundamental innovations and changes are occurring in the power system. The grid integration of energy storage systems, renewable energy systems and electric vehicles as well as the implementation of energy management systems are important innovations in the low-voltage grid. Analyses of charging processes for electric vehicles show significant impacts on the load demand. As one result, the maximum number of electric vehicles is determined assuming that no grid expansion is needed. Besides studying various charging options, a random charging method is proposed as an innovative charging option and its benefits are shown by simulations