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Social Perception of Human Augmentation Technologies - Implications and Outlook
No full textHuman Augmentation Technologies (HATs) can improve, restore, or enhance a person’s abilities. For instance, bionic prostheses or exoskeletons in manufacturing are examples of such devices that are likely to become more widespread. This development raises concerns about how merging human bodies with technology will affect people psychologically and socially. For instance, how will it affect the way non-users view users, and how will it affect users’ self-perceptions? According to studies based on the Stereotype Content Model, the technical capabilities of these technologies will influence how others evaluate their users in terms of Warmth and Competence. However, research on the impact of these technologies is limited, and until now, there is no research on how they affect the self-perception of their users.
This dissertation aims to gain a deeper understanding of the psychological effects of HAT usage. It provides more empirical evidence on their influence on social perception and explicitly addresses the user’s perspective.
To broaden the relatively scarce existing knowledge and to shed more light on users’ self and meta-perception, a mixed methods approach, including three empirical studies, is employed. Two experimental studies (N1 = 459, N2 = 338) on the social perception of users of human augmentation technologies were conducted. The findings were supplemented with a qualitative study to account for the underexposed user perspective. Within ten semi-structured interviews with expert users of bionic arm prostheses, they provided crucial insights into their self-perception and how they believe others see them.
Study 1, Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses, focuses mainly on the social perception of (bionic) prosthesis users and different types of robots. Regarding HATs, findings indicate that users of low-tech prostheses were perceived as significantly less competent than users of high-tech prostheses and non-disabled individuals. Counterintuitively, we found no differences between users of low- or high-tech prostheses and non-disabled individuals in terms of attributed Sociability, whereas attributions of Morality were higher for users of both low- and high-tech prostheses. In sum, the study provides evidence for HATs’ influence on social perception insofar as the type of prosthesis or the level of technicality matters in evaluating their users.
Study 2, Social Perception of Embodied Digital Technologies - A Closer Look at Bionics and Social Robotics, aims to gain a deeper understanding of how fundamental principles of social perception impact the development of attitudes towards HAT users and social robots. This study also examines how people perceive users of different prostheses and robots, focusing on their Competence, Sociability, and Morality. Users of low-tech prostheses were attributed less Competence than non-disabled individuals, but they did not differ from users of high-tech prostheses. However, users of high-tech prostheses were evaluated as competent as non-disabled persons. Once more, Sociability did not differ between people with and without disabilities. Nonetheless, Morality did: Users of low-tech prostheses were perceived as more moral than users of high-tech prostheses or non-disabled individuals, who did not differ.
Study 3, The Impact of Bionic Prostheses on User´s Self-Perceptions: A Qualitative Study, aims to obtain insights into the self- and meta-perceptions of HAT users. The study’s results indicate that using bionic prostheses influences social (self-)perception in multiple ways. Users describe themselves as being seen as more competent by others and treated differently after receiving the bionic prosthesis in comparison to simpler models. Also, users report feeling more confident and experiencing higher levels of self-efficacy.
Resuming, despite their somewhat mixed nature, the findings derived from the above-mentioned studies imply that using human augmentation technologies (i.e., bionic prostheses) affects not only users’ self-perceptions but also stereotypes and interpersonal perceptions. However, despite their inclusive potential and mainly positive effects on social perceptions, results also show that introducing such technologies in future (work) contexts might have unintended social repercussions that must be accounted for.
Consequently, potential strategies for mitigating such unwanted side effects are discussed, implications for future research are derived, and an outlook on upcoming studies is given.:List of tables 5
List of figures 6
Abstract 7
Zusammenfassung 10
I. SYNOPSIS 14
1 Introduction 14
2 Theoretical Background 16
2.1 From Embodied Digital Technologies to Human Augmentation Technologies 17
2.2 Social Perception 20
2.2.1 Fundamental Dimensions of Social Perception 21
2.2.2 Emotional and Behavioral Consequences 25
2.2.3 Social Perception in HAT Evaluation 26
2.3 Self-perception 28
2.4 Research objectives 30
3 Study summaries 30
3.1 Study 1: Embodied Digital Technologies: First insights in the social and legal perception of robots and users of prostheses 33
3.2 Study 2: Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics 36
3.3 Study 3: The impact of bionic prostheses on users’ self-perceptions: A qualitative study 42
4 Discussion 44
4.1 Practical implications 48
4.2 Limitations 50
4.3 Future research 52
5 Conclusion 54
References 56
II. RESEARCH PAPER 66
Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses 66
Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics 135
The impact of bionic prostheses on users’ self-perceptions: A qualitative study 178
III. APPENDIX 221
Acknowledgments 221
List of publications 223
Curriculum vitae 230
Eidesstattliche Erklärung 232Technologien zur Augmentierung des menschlichen Körpers (Human Augmentation Technologies; HATs) können die Fähigkeiten einer Person verbessern, wiederherstellen oder erweitern. Bionische Prothesen oder Exoskelette in der Fertigung sind Beispiele für solche Systeme, die sich wahrscheinlich weiterverbreiten werden. Diese Entwicklung wirft die Frage auf, wie sich die Verschmelzung des menschlichen Körpers mit Technologie auf Menschen psychologisch und sozial auswirken wird. Wie wird sich dies beispielsweise auf die Art und Weise auswirken, wie Nichtnutzer:innen die Nutzer:innen sehen, und wie wird es die Selbstwahrnehmung der Nutzer:innen beeinflussen? Studien, die sich auf das Stereotype Content Model stützen, zeigen, dass die technischen Möglichkeiten dieser Systeme einen Einfluss darauf haben werden, wie andere ihre Nutzer:innen in Bezug auf Wärme und Kompetenz einschätzen. Diese Auswirkungen sind jedoch nur in begrenztem Maße erforscht und bis jetzt gibt es keine Untersuchungen darüber, wie HATs sich auf die Selbstwahrnehmung ihrer Nutzer:innen auswirken.
Diese Dissertation zielt darauf ab, ein tieferes Verständnis der psychologischen Auswirkungen der HAT-Nutzung zu erlangen, indem sie mehr empirische Belege für ihren Einfluss auf die soziale Wahrnehmung liefert und explizit die Perspektive von Nutzer:innen berücksichtigt.
Zur Erweiterung des relativ geringen vorhandenen Wissens und um mehr Licht auf die Selbst- und Metawahrnehmung der Nutzer:innen zu werfen, wird ein Mixed-Methods-Ansatz verwendet, der drei empirische Studien umfasst. Konkret wurden zwei experimentelle Studien (N1 = 459, N2 = 338) zur sozialen Wahrnehmung von Nutzer:innen entsprechender Augmentationstechnologien durchgeführt. Die damit verbundenen Erkenntnisse wurden durch eine qualitative Studie ergänzt, um die bisher vernachlässigte Nutzer:innenperspektive zu berücksichtigen. In zehn halbstrukturierten Interviews mit erfahrenen Nutzer:innen bionischer Armprothesen konnten wir entscheidende Erkenntnisse über deren Selbst- und Fremdwahrnehmung gewinnen.
Studie 1, “Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses“, konzentriert sich hauptsächlich auf die soziale Wahrnehmung von (bionischen) Prothesenträger:innen und verschiedenen Arten von Robotern. In Bezug auf HATs deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Benutzer:innen von Low-Tech-Prothesen als deutlich weniger kompetent wahrgenommen werden als Benutzer:innen von High-Tech-Prothesen und Personen ohne Behinderung. Überraschenderweise fanden wir keine Unterschiede zwischen Nutzer:innen von Low- oder High-Tech-Prothesen und Personen ohne Behinderung in Bezug auf die zugeschriebene Umgänglichkeit (Sociability), während die Zuschreibung von Moral (Morality) sowohl bei Nutzer:innen von Low- als auch von High-Tech-Prothesen höher war. Insgesamt liefert die Studie Belege für den Einfluss von HATs auf die soziale Wahrnehmung, da die Art der Prothese oder der Grad der Technisierung bei der Bewertung ihrer Nutzer:innen eine Rolle spielt.
Studie 2, Social Perception of Embodied Digital Technologies - A Closer Look at Bionics and Social Robotics, zielt darauf ab, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie grundlegende Prinzipien der sozialen Wahrnehmung die Entwicklung von Einstellungen gegenüber Nutzer:innen von HATs und sozialen Robotern beeinflussen. In dieser Studie wird auch untersucht, wie die Menschen die Benutzer:innen verschiedener Prothesen und Roboter wahrnehmen, wobei der Schwerpunkt auf deren Kompetenz, Umgänglichkeit (Sociability) und Moral (Morality) liegt. Den Nutzer:innen von Low-Tech-Prothesen wurde weniger Kompetenz zugeschrieben als Personen ohne Behinderung, sie unterschieden sich diesbezüglich jedoch nicht von den Nutzer:innen von High-Tech-Prothesen. Die Nutzer:innen von High-Tech-Prothesen wurden jedoch genauso kompetent eingeschätzt wie Personen ohne Behinderung. Auch bei der Umgänglichkeit (Sociability) gab es keine Unterschiede zwischen Menschen mit und ohne Behinderung. Hingegen zeigte sich ein Unterschied bei der Einschätzung der Moralität (Morality): Nutzer:innen von Low-Tech-Prothesen wurden als moralischer wahrgenommen als Nutzer:innen von High-Tech-Prothesen oder Personen ohne Behinderung.
In Studie 3, The Impact of Bionic Prostheses on User´s Self-Perceptions: A Qualitative Study, sollten Erkenntnisse über die Selbst- und Metawahrnehmung von HAT-Nutzer:innen gewonnen werden. Die Ergebnisse unserer qualitativen Analyse deuten darauf hin, dass die Verwendung bionischer Prothesen die soziale (Selbst-)Wahrnehmung in mehrfacher Hinsicht beeinflusst. So beschreiben die Nutzer:innen, dass sie von anderen als kompetenter angesehen und anders behandelt werden, seitdem sie eine bionische Prothese erhalten haben, im Vergleich zur vorherigen Nutzung von einfacheren Prothesen-Modellen. Außerdem berichteten die Nutzer:innen, dass sie sich selbstbewusster fühlten und ein höheres Maß an Selbstwirksamkeit empfänden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erkenntnisse der oben genannten Studien trotz ihrer etwas uneinheitlichen Ergebnisse darauf hindeuten, dass der Einsatz menschlicher Augmentations-Technologien (d. h. bionischer Prothesen) nicht nur die Selbstwahrnehmung der Nutzer, sondern auch Stereotypen und zwischenmenschliche Wahrnehmungen beeinflussen. Ungeachtet ihres integrativen Potenzials und ihrer überwiegend positiven Auswirkungen auf die soziale Wahrnehmung zeigen die Ergebnisse jedoch auch, dass die Einführung solcher Technologien in künftigen (Arbeits-)Kontexten unbeabsichtigte soziale Auswirkungen haben könnten, denen Rechnung getragen werden muss.
Folglich werden potentielle Strategien zur Abmilderung solcher unerwünschten Nebeneffekte diskutiert, Implikationen für die zukünftige Forschung abgeleitet und ein Ausblick auf kommende Studien gegeben.:List of tables 5
List of figures 6
Abstract 7
Zusammenfassung 10
I. SYNOPSIS 14
1 Introduction 14
2 Theoretical Background 16
2.1 From Embodied Digital Technologies to Human Augmentation Technologies 17
2.2 Social Perception 20
2.2.1 Fundamental Dimensions of Social Perception 21
2.2.2 Emotional and Behavioral Consequences 25
2.2.3 Social Perception in HAT Evaluation 26
2.3 Self-perception 28
2.4 Research objectives 30
3 Study summaries 30
3.1 Study 1: Embodied Digital Technologies: First insights in the social and legal perception of robots and users of prostheses 33
3.2 Study 2: Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics 36
3.3 Study 3: The impact of bionic prostheses on users’ self-perceptions: A qualitative study 42
4 Discussion 44
4.1 Practical implications 48
4.2 Limitations 50
4.3 Future research 52
5 Conclusion 54
References 56
II. RESEARCH PAPER 66
Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses 66
Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics 135
The impact of bionic prostheses on users’ self-perceptions: A qualitative study 178
III. APPENDIX 221
Acknowledgments 221
List of publications 223
Curriculum vitae 230
Eidesstattliche Erklärung 23
Optimal Control Strategies for Synergetic Insect and Plant Production: Maximizing Yield, Resource Efficiency, and Sustainability
No full textControlled-environment agriculture, in specific indoor vertical farming, has emerged as a promising approach to meet the increasing demand for food while reducing the environmental impacts such as land and water use. However, such climate-controlled farms often require significant energy and resource inputs, particularly for artificial lighting and climate regulation and in certain cases undesired emissions such as CO2. To address these challenges, this thesis investigates the use of model-based control approaches to optimize energy, resource, and byproduct utilization in both independent and symbiotically connected farms. The thesis begins with a review of existing process models and optimization techniques, highlighting the limitations of current plant growth models and the absence of insect larvae (Hermitia illucens) models that are capable of describing growth, complex interactions between environmental variables, and resource utilization. To overcome these limitations, this thesis proposes the development of comprehensive models combining first-principle models and empirical models that integrate physical and biological processes such as heat and mass transfer; insect growth, development, and metabolism; and finally plant photosynthesis and transpiration. A custom designed, lab-scale production unit is developed in this work to perform experiments and measure various environmental and biological process variables, facilitating the development, calibration, and validation of the proposed models to accurately represent the underlying processes. Using these models with optimal control theory, this thesis develops a framework for implementing the optimal control of plant and insect production units independently, addressing techniques for formulating the necessary optimal control problems under process or model incompleteness and also hardware or process constraints. Optimal control strategies are synthesized to primarily minimize energy and resource utilization while maintaining or even improving biomass yields. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated through case studies, showcasing significant reduction in energy and resource utilization while achieving the automation and process goals. Furthermore, this work investigates the efficacy of resource consumption and byproduct exchange between plant production units and insect production units under different resource exchange infrastructures and climate conditions. By identifying the optimal strategies for resource exchange, this thesis shows that the overall resource utilization can be minimized, while maximizing the productivity of both plant and insect production processes, highlighting the possible synergies and sustainability. Overall, the potential of first-principle models and optimal control approaches to optimize yield and resource utilization in climate-controlled (indoor) food production systems is demonstrated with implications of efficient and sustainable food production via smart resource management and integration of production units with potential symbiotic relationships.Landwirtschaft in kontrollierter Umgebung, insbesondere die Vertikale Landwirtschaft, hat sich als vielversprechender Ansatz erwiesen, um die steigende Nachfrage an Lebensmitteln zu befriedigen und gleichzeitig die Belastungen auf die Umwelt zu verringern. Solche klimatisierten Farmen erfordern jedoch oft einen erheblichen Energie- und Ressourceneinsatz, insbesondere für die künstliche Beleuchtung und die Klimatisierung. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, untersucht diese Arbeit den Einsatz modellbasierter Regelungsansätze zur Optimierung der Energie- und Ressourcennutzung sowohl in unabhängiger als auch in symbiotischer Verbindung. Die Arbeit beginnt mit einem Überblick über bestehende Prozessmodelle und Optimierungstechniken, wobei die Grenzen der derzeitigen Pflanzenwachstumsmodelle und die Notwendigkeit von Modellen für Insektenlarven (Hermitia illucens), die das Wachstum, komplexe Wechselwirkungen zwischen Umweltvariablen, Energie- und Ressourcennutzung beschreiben, aufgezeigt werden. Als Lösungsansatz wird in dieser Arbeit die Entwicklung umfassender Modelle vorgeschlagen, in denen First-Principle-Modelle und empirische Modelle kombiniert werden, um folgende physikalische und biologische Prozesse zu integrieren: die Wärme- und Stoffübertragung; Insektenwachstum, -entwicklung und -stoffwechsel; und Photosynthese und Transpiration der Pflanzen. Dafür wird eine maßgeschneiderte Produktionseinheit im Labormaßstab entwickelt, die dazu dient verschiedene Umwelt- und biologische Prozessvariablen zu messen, welche die Entwicklung, Kalibrierung und Validierung der vorgeschlagenen Modelle zur genauen Darstellung der zugrunde liegenden Prozesse erleichtert. Unter Verwendung dieser Modelle und auf Basis der optimalen Steuerung wird in dieser Arbeit ein Rahmen für deren Umsetzung in den Produktionseinheiten für die jeweilge unabhängige Insekten- und Pflanzenproduktion und für deren gekoppelte Produktion, entwickelt. Dabei werden außerdem Möglichkeiten zur Beschreibung der erforderlichen Optimalsteureungsprobleme evaluiert unter Prozess- oder Modellunvollständigkeit sowie Hardware- oder Prozessbeschränkungen behandelt. Es werden optimalersteuerungsstrategien entwickelt, die die Energie- und Ressourcennutzung minimieren, die Erträge verbessern und gleichzeitig die festgelegten Automatisierungs- und Prozessanforderungen erfüllen. Die Effektivität des vorgeschlagenen Ansatzes wird anhand von Fallstudien demonstriert. Darüber hinaus untersucht diese Arbeit die Effizienz des Ressourcenverbrauchs und des Austausches von Nebenprodukten zwischen den Pflanzen- und Insektenproduktionseinheiten in verschiedenen Infrastrukturen für den Ressourcenaustausch sowie unter verschiedenen klimatischen Bedingungen. Durch die Identifizierung der optimalen Ressourcenaustauschstrategien und intellegentes Ressourcenanagement zeigt diese Arbeit, dass die Gesamtressourcennutzung minimiert werden kann, während die Produktivität sowohl der Pflanzen- als auch der Insektenproduktionsprozesse maximiert wird. Die mögliche Synergien und die Nachhaltigkeit der symbiotischen Beziehungen werden dabei hervorgehoben. Insgesamt wird das Potential von First-Principle-Modellen und Optimalsteuerung zur Optimierung des Ertrags sowie der Ressourcennutzung in klimatisierten Lebensmittelproduktionssystemen aufgezeigt. Dies führt zu einer effizienten und nachhaltigen Lebensmittelproduktion durch intelligentes Ressourcenmanagement und der Integration von Produktionseinheiten mit potenziellen symbiotischen Beziehungen
Konzeption, Implementation und quantitative Evaluation einer statischen Clean-Code-Bewertungsapplikation
No full textRefactoring wird angewandt, wenn eine Software-Inspektion Defekte im Programmcode feststellt. Code-Smells sind Beispiele solcher Defekte im Programmcode. Clean-Code ist ein neuerer Ansatz, der genauso wie das Code-Smell-Konzept festlegt, wann Defekte im Programmcode vorliegen. Für Code-Smells gibt es bereits zahlreiche Code-Analyse-Tools, die die automatische Erkennung solcher Defekte ermöglicht. Die vorliegende Arbeit implementiert ein Clean-Code-Analyse-Tool für Programmcode mithilfe von statischer Code-Analyse, das Refactoring-Hinweise ausgibt. Für diesen Zweck werden ein Lexer und ein Parser zur syntaktischen Analyse eines Subsets der Programmiersprache C++ implementiert. Die Evaluation durch quantitative Datenanalyse zeigt, wie nützlich die automatische Erkennung von Clean-Code mithilfe eines statischen Code-Analyse-Tools bei der Erstellung von Programmcode mit höherer Lesbarkeit für Entwicklerinnen und Entwickler ist.:Inhaltsverzeichnis 6
Abbildungsverzeichnis 9
Tabellenverzeichnis 10
Akronyme 13
1. Einleitung 14
2. Theoretische Grundlagen 17
2.1. Wichtige Begriffe und Definitionen 17
2.1.1. Software-Inspektion 17
2.1.2. Fagan-Inspektion 18
2.1.3. Checklistenbasiertes Code-Review 19
2.1.4. Statische vs. dynamische Code-Analyse-Tools 21
2.1.5. Refactoring 24
2.1.6. Code-Smells 24
2.1.7. Clean-Code 25
2.2. Code-Smell-Heuristiken im Detail 27
2.3. Einführung in den Compilerbau 32
2.3.1. Kurze Einführung in die Sprachtheorie 32
2.3.2. Die lexikalische Analyse 34
2.3.3. Die syntaktische Analyse 35
3. Forschungsstand 38
3.1. Code-Smell-Analyse-Tools auf Grundlage von Strukturinformationen 42
3.2. Code-Smell-Analyse durch maschinelles Lernen 50
3.3. Code-Smell-Suche mithilfe von Änderungsdaten 52
3.4. Code-Smell-Erkennung durch Textanalyse 54
4. Forschungsfragen und Konzeptentwicklung 56
4.1. Clean-Code: Welche Teile sind messbar? - Die Konzeptionalisierung hin zu einem maschinenlesbaren Ansatz 56
4.1.1. Größe von Entitäten im Clean-Code 57
4.1.2. Clean-Code und Zugriffsmodifikatoren 59
4.1.3. Bezeichner von Entitäten im Clean-Code 60
4.1.4. Formatierungskonventionen des Clean-Codes 62
4.1.5. Funktionsparameterübergabe im Clean-Code-Konzept 63
4.1.6. Clean-Code-Kommentare 65
4.1.7. Clean-Code — Was nicht geht 66
4.1.8. Platzierung von Entitäten im Clean-Code 67
4.2. Forschungsfragen und Hypothesen 69
5. Methodik 71
5.1. Implementierung des statischen Clean-Code-Analyse-Tools 71
5.1.1. Abhängigkeiten 72
5.1.2. Umsetzung des statischen Clean-Code-Analyse-Tools 72
5.1.3. Abhängige Variablen 78
5.2. Checklistenbasiertes Code-Review 80
5.2.1. Begründung der Methodenauswahl 80
5.2.2. Fragebogen 81
5.2.3. Unabhängige Variablen 85
5.2.4. Ablauf der Studie 86
6. Ergebnisse 87
6.1. Populationsbeschreibung 88
6.2. Deskriptive Werte der Evaluationsitems aus der Lesbarkeitsstudie 88
6.3. Deskriptive Werte der Evaluation des statischen Clean-Code-Analyse-Tools 90
6.4. Inferenzstatistik 91
7. Diskussion 96
7.1. Beantwortung der Forschungsfrage 96
7.2. Bedrohungen der Validität 97
7.3. Ausblick und Vergleich mit ähnlichen Code-Analyse-Tools 98
8. Fazit 100
Literaturverzeichnis 102
A. Anhang 112
A.1. Tabellen 112
A.2. Clean-Code Analyse-Tool Ein- und Ausgabe 124
A.3. Lesbarkeitsstudie 135
A.4. Regressionsergebnisse 144
B. CD 148
C. Selbstständigkeitserklärung 14
Datengetriebene Methoden für die Optimierung industrieller und verfahrenstechnischer Anwendungen
No full textIn diesem Beitrag wird exemplarisch anhand des Verschmutzungsmechanismus von
Wärmetauschern (Fouling) gezeigt wie datengetriebene Methoden zur Vorhersage des
Verschmutzungsgrades und somit zu einem effizienteren Anlagenbetrieb genutzt werden können.
Hierzu werden zu Beginn neben der wirtschaftlichen Bedeutung des Foulings die
strömungsphysikalischen und thermodynamischen Hintergründe vorgestellt. Danach wird der
konkrete Anwendungsfall mit den zur Verfügung stehenden Daten aufgezeigt. Aufgrund der stark
limitierten Datenlage wird mit dem Verfahren der segmentierten Regression ein relativ einfacher
jedoch robuster Ansatz für ein Vorhersagemodell erarbeitet und diskutiert.This contribution uses the fouling mechanism of heat exchangers (fouling) as an example to
show how data-driven methods can be used to predict the degree of fouling and thus achieve
more efficient plant operation. In addition to the economic significance of fouling, the flow-physical
and thermodynamic background is presented at the beginning. Then the specific application case
with the available data is shown. Due to the very limited data available, a relatively simple but
robust approach for a prediction model is developed and discussed using the segmented
regression method
Prozesskettensimulation als zukünftiger Standard der numerischen Berechnung
No full textSteigende Anforderungen an die Genauigkeit und Aussagekraft numerischer
Berechnungen sowie neue Werkstoffe und Prozesse erfordern zunehmend technologische
Erweiterungen und Entwicklungen innerhalb der Softwarelösungen. Neben der
Ausweitung von Möglichkeiten in der Material- und Prozessmodellierung sowie der
genaueren Abbildung physikalischer Prozesse, stehen dabei zunehmend Prozessketten
im Fokus. Die Historie, welche Halbzeuge oder Bauteile bereits vom Urformprozess an mit
sich führen, bestimmt dabei zu einem erheblichen Grad die Eigenschaften und damit auch
mögliche Verfahrensgrenzen in allen nachfolgenden Prozessstufen. Dadurch wird deutlich,
dass eine Betrachtung ebendieser vorangegangenen Schritte einen deutlichen Einfluss
auf das Bauteilverhalten in den Folgeprozessen hat, wodurch die Aussagekraft
entkoppelter Simulationen ab einem bestimmten Detailgrad dahingehend begrenzt bleibt.
Der damit steigenden Komplexität von Berechnungsproblemen stehen auf der anderen
Seite Forderungen einer immer leichter und intuitiver werdenden Bedienung von
Simulationssoftware entgegen.
Hexagons Smart Shop Softwarelösungen nehmen dabei das Problem der Prozessketten-
simulation von der Umformung bis zur Assemblierung in den Fokus. Neben der
Berechnung und Evaluierung von komplexen metallischen Baugruppen sowie der
nahtlosen Integration physischer Messtechnik, spielt dabei die Bedienbarkeit eine
bedeutende Rolle. Das Ziel ist mögliche Probleme in der Produktentwicklung zeitnah zu
detektieren und zu adressieren, um physische Prototypen auf ein Minimum reduzieren zu
können (Abbildung 1). Am Beispiel eines Karosseriebauteils erfolgt innerhalb des Beitrags
die Darstellung eines Workflows zur Detektion möglicher Fertigungsprobleme in der
Produktentwicklungsphase sowie die Beleuchtung weiterer Anwendungsfälle.Increasing demands towards the accuracy and significance of numerical simulations as
well as new materials and processes require technological enhancements and
developments within the software solutions. Beyond extending possibilities for material-
and process modeling as well as more accurate prediction of physical behavior, process
chains get into the spotlight more and more. The history which parts already inherit as
from the casting stage on determines the attributes and therefore also possible process
limits in all following production stages. This illustrates that the analysis of this preceding
process steps has a significant impact on the part behavior in all subsequent steps, which
is why the meaningfulness of decoupled simulations is limited at a certain demand for
detail. The increasing complexity of the simulation problems on one hand are facing
demands for higher user friendliness and more intuitive control of the simulation software
on the other hand.
Hexagons Smart Shop software solutions have their focus on the process chain simulation
from forming to assembly. Beyond the calculation and evaluation of complex metallic
assemblies and the seamless integration of metrology devices, usability plays a major role.
The aim hereby is to detect and address possible issue within the product development as
early as possible and therefore reduce physical prototypes to a minimum. With the
example of a body in white part, it is shown how a workflow for the detection of possible
manufacturing challenges within the product development as well as other alternative use
cases can look like
Werkstofftechnik in der nachhaltigen Produktion
No full textDie Arbeit richtet sich an Personen der vorwettbewerblichen werkstofftechnischen Forschung und Entwicklung bzw. Personen, die mit einer Produktvorentwicklung betraut sind. Die Arbeit erhebt den Anspruch, für diese Phase eine Vorgehensweise aufzuzeigen, die durch die Nutzung einfach zugänglicher Kenngrößen verschiedenster werkstoff-, produktions- und produkttechnischer Kriterien eine umfassende Nachhaltigkeitsbewertung ermöglicht. In der Arbeit werden anhand identifizierter Strategien werkstofftechnische Maßnahmen zur Steigerung der Nachhaltigkeit in der Produktion aufgegriffen und diskutiert. Es werden Betrachtungsraumgrenzen im Werkstofflebenszyklus erörtert, sowie das Wirken werkstofftechnischer Maßnahmen im Kontext einer nachhaltigen, ressourceneffizienten Produktion diskutiert. Anhand der erarbeiteten Grundlagen werden Kriterien festgelegt, welche die Wirkung werkstofftechnischer Maßnahmen auf die Nachhaltigkeit eines Produkts oder Prozesses sichtbar machen. Im Anschluss wird ein formalisiertes Vorgehen vorgestellt, mit dem konkrete Maßnahmen innerhalb verschiedener Betrachtungsraumgrenzen bewertet und verglichen werden können. Schließlich erfolgt unter Anwendung dieses Vorgehens die Bewertung verschiedener Beispiele werkstofftechnischer Maßnahmen, die nachhaltige Produkte bzw. Produktionsweisen zum Ziel haben. Die Ergebnisse der Bewertungen bilden dabei zum einen Ausgangspunkte für die Anpassung und Weiterentwicklung der betrachteten Maßnahme. Zum anderen dienen sie als Basis für detailliertere Bewertungen unter Nutzung zusätzlicher ökologischer, ökonomischer und sozialer Nachhaltigkeitskriterien. Die bereitgestellte Vorgehensweise sowie die hinzugezogenen Bewertungskriterien orientieren sich vorrangig an den Aufgaben und Problemstellungen der metallverarbeitenden produzierenden Industrie.The work is addressed to people involved in pre-competitive materials engineering, research and development, or to people entrusted with preliminary product development. It claims to demonstrate a procedure for this phase of production that enables a comprehensive sustainability assessment by using easily accessible parameters of various criteria from material, production and the product itself. The work uses identified strategies to address and discuss measures from material engineering that aim for an increased sustainability in production. The boundaries of the material life cycle are discussed, as well as the effects of material-related measures in the context of a sustainable, resource-efficient production. Basing on the developed principles, criteria are defined which make the effect of material engineering on the sustainability of a products or processes visible. Subsequently, a formalized procedure is presented with which concrete measures can be evaluated and compared with respect to different boundaries set to the product or material life cycle. Finally, this procedure is used to evaluate different examples of material-related measures. The results of the assessments form both, a starting point for the adaptation and further development of the measure under consideration, and a basis for more detailed evaluations using additional ecological, economic and social sustainability criteria. The introduced approach and evaluation criteria are thereby primarily oriented towards the tasks and problems of metalworking manufacturing industries
Untersuchungen zur Anwendung strukturintegrierter Resonatorarrays für das Erkennen stofflicher Veränderungen in polymerbasierten Leichtbaumaterialien
No full textPolymerbasierte Leichtbaumaterialien (LMs) werden zunehmend als Konstruktionswerkstoffe im Transportwesen (Automobilbau, Luft- und Schifffahrt, Schienenverkehr), in der zivilen Infrastruktur, im Bauwesen und in der Energietechnik eingesetzt, um Energie, Gewicht und Ressourcen einzusparen, sowie den Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase zu reduzieren. Sie besitzen eine hohe Festigkeit, Stabilität, Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und können energie-, kosten- und ressourceneffizient hergestellt werden. Stoffliche Änderungen können irreversible Schäden am LM hervorrufen und zum frühzeitigen Materialversagen führen. Daher ist eine Materialüberwachung sinnvoll. Die vorliegende Arbeit untersucht einen neuartigen Sensoransatz zur Zustandsüberwachung von LMs mittels passiver und strukturintegrierter elektromagnetischer Resonatorarrays (RAs). Sie zeichnen sich durch regelmäßig zueinander angeordnete Subwellenlängenresonatoren aus, die in Drucktechnologie umgesetzt und mittels Spritzgieß- oder Vakuum-Infusionstechnologie in die LMs integriert werden. Stoffliche Veränderungen bewirken ein verändertes elektromagnetisches Resonanzverhalten der RAs, dass per Reflexionsmessung kontaktlos ausgewertet werden kann. Es werden reflexionsbasierte Sensorkonzepte durch den Einsatz mehrlagiger RAs erarbeitet und das Reflexionsverhalten numerisch mittels der Finiten-Elemente-Methode analysiert und die betrachteten RAs exemplarisch umgesetzt, integriert und hinsichtlich ihrer Sensorfunktion bewertet.:1 Einleitung
2 Elektromagnetische Felder, Wellen und deren Wechselwirkung mit Materie
3 Entwicklung von Subwellenlängen Resonatorarrays
4 Realisierung eines Messverfahrens zur Bewertung der Eigenschaften der entwickelten Resonatorarrays
5 Applikationsszenarien
6 Ergebnisbewertung und Auswertung
Anhan
Strategien zur Qualitätssicherung mittels optischer Kohärenztomografie beim Laserstrahlschweißen von dünnen Kupfer- und Aluminiumblechen
No full textMit der steigenden Nachfrage an elektrisch betriebenen Fahrzeugen nimmt die Batteriemodulproduktion einen immer zentraleren Stellenwert für die Automobilhersteller ein. Bei dieser wird eine Vielzahl an Batteriezellen miteinander kontaktiert. Dabei werden die Ableiter der Batteriezellen, die aus den Werkstoffen Kupfer beziehungsweise Aluminium bestehen, durch einen Laserschweißprozess stoffschlüssig miteinander gefügt. Mit der Vielzahl an zu kontaktierenden Batteriezellen geht eine ebenso große Vielzahl an Laserschweißprozessen einher. Die Taktzeit eines einzelnen Schweißprozesses liegt dabei unter 60 ms. Aus diesen Randbedingungen resultiert die Notwendigkeit eines Inline-Qualitätssicherungssystems (QS-System). Ein OCT-System, das auf einem optischen Kohärenztomographen beruht, könnte das Potential haben, die Anforderungen an ein Inline-QS-System zu erfüllen. Das OCT-System ermöglicht es, inline die Dampfkapillartiefe des Schweißprozesses beim Kontaktieren zu messen, was ein Novum darstellt.
Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob sich ein OCT-System als QS-System für die Laserschweißverbindung von Kupfer und Aluminium bei Kontaktierprozessen eignet. Dabei wird ein Scanner-basiertes OCT-System eingesetzt, das es erlaubt, den OCT-Messstrahl lokal um den Bearbeitungslaserstrahl herum autark zu positionieren. Dies ermöglicht es, an verschiedenen Stellen, bezogen auf die Position des Bearbeitungslasers, topologische, dimensionale Messungen vorzunehmen. Es kann sowohl an einer festgelegten Position innerhalb der Dampfkapillare als auch auf einer theoretischen Scanlinie gemessen werden. Dabei werden die Messungen stets auf die Bauteiloberfläche referenziert. Dies ist sowohl hinsichtlich der Genauigkeit als auch hinsichtlich der Anzahl der Referenzierungen weiterentwickelt und optimiert worden. Das OCT-System wurde ebenfalls dazu genutzt, eine Bauteillageerkennung vorzunehmen. Damit kann der Laserschweißprozess bauteiltoleranzunabhängig sowohl lateral als auch in Bezug auf die Fokuslage optimal positioniert werden. Außerdem wurde die grundsätzliche Messsystemfähigkeit sowie die Einsatzgrenzen des OCT-Systems zur Kapillartiefenmessung geprüft.
Durch Linienscans des OCT-Systems und unter Zuhilfenahme von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen erstellte topologische Dampfkapillarmodelle, bilden die Grundlage für die Erarbeitung von Strategien zur Qualitätsbewertung durch das OCT-System. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Auswirkung eines Fügespaltes auf die Schweißqualität sowie die OCT-Messungen. Es wurde eine Methodik für den Fall ohne auftretenden Fügespalt erarbeitet und exemplarisch durchgeführt, mit der durch die Kapillartiefenmessungen des OCT-Systems die Einschweißtiefe berechnet werden kann. Ebenfalls wurde untersucht, ob und wie sich die Anbindebreite mit dem OCT-System bestimmen lässt. Außerdem ist ein vielversprechender Ansatz zur Bestimmung der Schweißqualität bei auftretendem Fügespalt dargestellt. Dazu wurde, basierend auf dem erarbeiteten topologischen Dampfkapillarmodell, drei Kennwerte zur Bewertung der Prozessqualität aus den Messdaten extrahiert und überwacht.:Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen
Kurzfassung
Abstract
1 Einleitung, Motivation und Aufbau der Arbeit
2 Stand der Wissenschaft und Technik
2.1 Strahlwerkzeug Laser und dessen Eigenschaften
2.1.1 Der ideale Laserstrahl
2.1.2 Strahlführung und -formung
2.2 Grundlagen des Laserstrahlschweißens
2.2.1 Laserschweißprozess
2.2.2 Laserschweißen von Kupfer- und Aluminiumwerkstoffen
2.2.3 Schweißnahtfehler
2.2.4 Elektrischer Übergangswiderstand einer Laserschweißnaht
2.3 Qualitätssicherung und Prozessüberwachung
2.3.1 Indirekte Prozessüberwachung
2.3.2 Direkte Prozessüberwachung
2.4 Grundlagen der optischen Kohärenztomografie OCT
2.4.1 Einführung und Überblick
2.4.2 Optische Effekte
2.4.3 Michelson-Interferometer
2.4.4 Spectral-Domain OCT
2.4.5 Laterale und axiale Auflösung sowie der Messbereich
2.4.6 Optische Kohärenztomografie beim Laserstrahlschweißen
2.5 Grundlagen der Messtechnik
3 Handlungsbedarf und Zielsetzung
4 Verwendete Systemtechnik und erarbeitete experimentelle Methoden
4.1 Versuchsaufbau und -durchführung
4.1.1 Laserquelle und Bearbeitungsoptik
4.1.2 Optische Kohärenztomografie
4.1.3 Hochgeschwindigkeitskamera
4.1.4 Untersuchte Fügeverbindungen und Versuchsaufbau
4.1.5 Einbringung des Fügespaltes und dessen Auswirkung auf die Einschweißtiefe
4.2 Metallografische Beurteilung der Schweißnahtqualität
4.3 Methoden der Kapillartiefenmessungen und Referenzierung
4.3.1 Punktmessung
4.3.2 Linienscan
4.3.3 Referenzierung der Kapillartiefenmessungen
4.3.4 Optimierung der Verrechnung von Referenz- und Kapillartiefenmessung
4.4 Kalibrierung des OCT
4.5 Positionierung mittels OCT
4.6 Messfähigkeitsanalyse
4.7 Eingrenzung der Einsatzmöglichkeiten des OCT für die Inline-Messung
5 OCT-basierte Schweißnahtbewertungen
5.1 Erarbeitung eines topologischen Modells der Dampfkapillare mittels OCT
5.1.1 Kupfer/Kupfer Schweißverbindung
5.1.2 Kupfer/Aluminium Schweißverbindung
5.1.3 Aluminium/Kupfer Schweißverbindung
5.1.4 Aluminium/Aluminium Schweißverbindung
5.1.5 Zusammenfassung und Gegenüberstellung der Erkenntnisse
5.2 Überführung der Kapillartiefenmessungen auf die metallografische Einschweißtiefe
5.3 Bestimmung der Anbindebreite einer Laserschweißnaht
5.4 Bestimmung der Schweißqualität bei auftretendem Fügespalt
5.4.1 Bestimmung der Messposition für die Punktmessung
5.4.2 Entwicklung von statistischen Kennwerten
5.4.3 Bestimmung der Schweißqualität anhand der Kennwerte
5.5 Diskussion der Ergebnisse
6 Zusammenfassung, Folgerungen und Ausblick
7 Literaturverzeichnis
8 AnhangWith the increasing demand for electrically driven vehicles, battery module production is becoming more important for automobile manufacturers. During battery module production, many battery cells are connected. Through this contacting process, the conductors of the battery cells, which are made of copper or aluminum, are joined together in a material-to-material manner using a laser welding process. With the high number of battery cells to be contacted comes many laser welding processes. The cycle time of a single welding process is less than 60 ms. This results in the need for an in-line Quality Assurance (QA) system. An OCT system based on an optical coherence tomograph could have the potential to fulfill the requirements of an Inline QA system. The system enables for the first time to measure the capillary depth of the laser welding process Inline for battery contacting.
Within the scope of this work, it is fundamentally examined whether an OCT system is suitable as a QA system for the laser welding of copper and aluminum. A scanner-based OCT system is used, which allows the OCT measuring beam to be positioned independently around the processing laser beam. This makes it possible to take topological measurements at different points related to the position of the processing laser. It can be measured both at a fixed position within the vapor capillary and on a theoretical scan line. The measurements are always referenced to the component surface. This procedure could be optimized within the scope of this work, both in terms of accuracy and in terms of the number of referencing. The OCT system was also used to detect component positions. In this way, the laser welding process could be optimally positioned, independent of component tolerances, both laterally and in relation to the focus position. In addition, a rudimentary measurement system analysis was conducted as well as an investigation of the application limits of the OCT system for capillary depth measurement.
Topological welding process models were created by line scans of the OCT system and using high-speed camera recordings. These process models form the basis for the development of strategies for quality assurance using the OCT system and the focus was set on the effect of a joint gap on the welding quality and the OCT measurements. A methodology for the case without a joint gap occurring is developed and conducted as an example, with which the welding depth can be calculated using the capillary depth measurements of the OCT system. It is also being investigated whether and how the connection width can be determined with the OCT. In addition, a promising approach how the weld quality can be determined when a joint gap occurs is presented. Based on the welding process model developed, three characteristic values to determine the welding quality are extracted from the measurement data.:Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen
Kurzfassung
Abstract
1 Einleitung, Motivation und Aufbau der Arbeit
2 Stand der Wissenschaft und Technik
2.1 Strahlwerkzeug Laser und dessen Eigenschaften
2.1.1 Der ideale Laserstrahl
2.1.2 Strahlführung und -formung
2.2 Grundlagen des Laserstrahlschweißens
2.2.1 Laserschweißprozess
2.2.2 Laserschweißen von Kupfer- und Aluminiumwerkstoffen
2.2.3 Schweißnahtfehler
2.2.4 Elektrischer Übergangswiderstand einer Laserschweißnaht
2.3 Qualitätssicherung und Prozessüberwachung
2.3.1 Indirekte Prozessüberwachung
2.3.2 Direkte Prozessüberwachung
2.4 Grundlagen der optischen Kohärenztomografie OCT
2.4.1 Einführung und Überblick
2.4.2 Optische Effekte
2.4.3 Michelson-Interferometer
2.4.4 Spectral-Domain OCT
2.4.5 Laterale und axiale Auflösung sowie der Messbereich
2.4.6 Optische Kohärenztomografie beim Laserstrahlschweißen
2.5 Grundlagen der Messtechnik
3 Handlungsbedarf und Zielsetzung
4 Verwendete Systemtechnik und erarbeitete experimentelle Methoden
4.1 Versuchsaufbau und -durchführung
4.1.1 Laserquelle und Bearbeitungsoptik
4.1.2 Optische Kohärenztomografie
4.1.3 Hochgeschwindigkeitskamera
4.1.4 Untersuchte Fügeverbindungen und Versuchsaufbau
4.1.5 Einbringung des Fügespaltes und dessen Auswirkung auf die Einschweißtiefe
4.2 Metallografische Beurteilung der Schweißnahtqualität
4.3 Methoden der Kapillartiefenmessungen und Referenzierung
4.3.1 Punktmessung
4.3.2 Linienscan
4.3.3 Referenzierung der Kapillartiefenmessungen
4.3.4 Optimierung der Verrechnung von Referenz- und Kapillartiefenmessung
4.4 Kalibrierung des OCT
4.5 Positionierung mittels OCT
4.6 Messfähigkeitsanalyse
4.7 Eingrenzung der Einsatzmöglichkeiten des OCT für die Inline-Messung
5 OCT-basierte Schweißnahtbewertungen
5.1 Erarbeitung eines topologischen Modells der Dampfkapillare mittels OCT
5.1.1 Kupfer/Kupfer Schweißverbindung
5.1.2 Kupfer/Aluminium Schweißverbindung
5.1.3 Aluminium/Kupfer Schweißverbindung
5.1.4 Aluminium/Aluminium Schweißverbindung
5.1.5 Zusammenfassung und Gegenüberstellung der Erkenntnisse
5.2 Überführung der Kapillartiefenmessungen auf die metallografische Einschweißtiefe
5.3 Bestimmung der Anbindebreite einer Laserschweißnaht
5.4 Bestimmung der Schweißqualität bei auftretendem Fügespalt
5.4.1 Bestimmung der Messposition für die Punktmessung
5.4.2 Entwicklung von statistischen Kennwerten
5.4.3 Bestimmung der Schweißqualität anhand der Kennwerte
5.5 Diskussion der Ergebnisse
6 Zusammenfassung, Folgerungen und Ausblick
7 Literaturverzeichnis
8 Anhan
Impedance Biochips for Disturbing–Free Cell Counting
No full textBiochip technology is highly effective method that allows monitoring of biomaterials e.g., yeast and bacteria at a time in computerized automatic operations. Miniaturized nanostructure p-n junction test sites, which are arranged on a solid substrate, are proposed to sense and count the biomaterials. This PhD thesis reports on the impedance of p-n junction-based Si biochips with gold ring top electrodes and unstructured gold bottom electrodes, which allows for counting target biomaterial in a liquid-filled ring top electrode region. The phosphor and boron implanted biochips prepared in dissimilar annealing and doping conditions have been considered and three different types of top electrodes designed and tested to check the influence of the properties of the top electrode on the biochips to achieve more convenient samples for bio sensing technology. The systematic experiments on p-n junction-based Si biochips fabricated by two different sets of implantation parameters (i.e., biochips PS5 and BS5) are studied and the comparable significant change of impedance characteristics in the biochips in dependence on the number of bacteria suspensions, i.e., Lysinibacillus sphaericus JG-A12, in Deionized water at optical density at 600 nm from OD600 = 4–16 in the electrode ring region is demonstrated. The number of biomaterials and the microscopic images can be linked to the impedance changes of the biochip. The electrical equivalent circuit models for the devices have been proposed by using characterized frequency dependent capacitance and conductance of biochips. While the Nyquist spectrum of the biochips are not compromise on perfect semicircle, combination of constant phase elements with resistor in parallel fashion and series inductor and resistor have been utilized to model the impedance of the biochips. Corresponding parameters i.e., capacitors, resistors and inductors have been extracted from the modeling results and the changes in their values by adding the biomaterials obtained. As the result, the linear relation between the numbers of the biomaterial and the impedance of the biochips has been showed. Furthermore, Deionized water and glucose with yeast (Saccharomyces cerevisiae) at optical density OD600 ranging from 4 to 16 has been put in the ring electrode region of impedance biochips and impedance has been measured in dependence on the added volume (20, 21, 22, 23, 24, 25 µL). Modeled impedance of the biochip reveals a linear relationship between the impedance model parameters and yeast concentration. Presented biochips allow for continuous impedance measurements without interrupting the cultivation of the yeast. A multiparameter fit of the impedance model parameters allows to determine the concentration of yeast cy in the range from cy = 3.3x10^7 to cy = 17x10^7 cells/mL. This work shows that independent on the liquid, DI water or glucose, the change of the impedance model parameters with increasing added volume of the liquid is clearly distinguishable from the change of impedance model parameters with increasing concentration of added yeast in the ring electrode region of the impedance biochips. We also counted bacterial cells of E. coli strain K12 in several-microliter DI water or in several-microliter PBS at the low optical density (OD) range (OD = 0.05–1.08) in contact with the surface of Si-based impedance biochips with ring electrodes by impedance measurements. The multiparameter fit of the impedance data allowed calibration of the impedance data with the concentration cb of the E. coli cells in the range of cb = 0.06 to 1.26 × 10^9 cells/mL. The results showed that for E. coli in DI water and in PBS, the modelled impedance parameters depend linearly on the concentration of cells in the range of cb = 0.06 to 1.26 × 10^9 cells/mL, whereas the OD, which was independently measured with a spectrophotometer, was only linearly dependent on the concentration of the E. coli cells in the range of cb = 0.06 to 0.50 × 10^9 cells/mL. with the help of the newly developed ring electrode structure, the modeled capacitance and resistance parameters of the electrical equivalent circuit describing the p-n junction-based biochips depend linearly on the number of bacteria in the ring top electrode region, which successfully proves the potential performance of p-n junction-based Si biochips in observing the bacterial suspension. The proposed p-n junction-based biochips reveal perspective applications in medicine and biology for diagnosis, monitoring, management, and treatment of diseases
Laser-Induced Graphene Enhancement and Functionalization for Advanced Electrochemical Sensors
No full textThe choice of suitable materials influences the sensor properties. Carbon materials such as graphene are promising for electrochemical sensors. Laser-induced graphene (LIG) offers a cost-effective alternative to conventional methods.
This work investigates the potential of LIG to improve electrochemical sensors by optimizing the synthesis parameters. We develop LIG-based sensors for the measurement of nitrite and 4-aminophenol in water samples.
The working electrode of the 4-aminophenol sensor was fabricated from LIG and multi-walled carbon nanotubes with polyaniline (MWCNT-PANI), which improves sensitivity and stability. For the detection of nitrite, the LIG was modified with carbon nanotubes and gold nanoparticles (f-MWCNT-AuNPs).
The LIG sensors show excellent properties. The 4-aminophenol sensor on bare LIG reaches a detection limit of 9.23 nM, with MWCNT-PANI 6 nM. The nitrite sensor on LIG/f-MWCNT-AuNPs shows linear behavior from 10 to 140 μM, with a detection limit of 0.9 μM.
The results show that LIG is suitable for versatile electrochemical sensors. The fabrication approach simplifies production and reduces costs. For the first time, an unmodified LIG electrode was used to detect 4-AP in contaminated water samples.:CHAPTER 1. INTRODUCTION
CHAPTER 2. THEORETICAL BACKGROUND ON ELECTROCHEMICAL SENSORS
CHAPTER 3. LASER-INDUCED GRAPHENE
CHAPTER 4. ENHANCEMENT OF LIG ELECTROCHEMICAL SENSORS
CHAPTER 5. 4-AMINOPHENOL DETECTION IN PARACETAMOL AND WATER SAMPLES USING LIG MODIFIED BY MWCNT-PANI
CHAPTER 6. NITRITE DETECTION IN WATER SAMPLES USING LIG FUNCTIONALIZED BY F-MWCNT AND AUNPS
CHAPTER 7. CONCLUSION
APPENDI