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Synthese und Charakterisierung von späten oxamat- und carboxylatstabilisierten 3d-Übergangsmetallkomplexen und deren materialwissenschaftliches Anwendungspotential
Get PDFDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung von paramagnetischen diskreten mono-, di- und multinuklearen sowie polymeren Koordinationsverbindungen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit bildet neben der chemischen und strukturellen Charakterisierung die magnetische Charakterisierung mittels SQUID-Magnetometrie und ESR-Spektroskopie. Für eine Reihe von Koordinationsverbindungen wurden darüber hinaus die thermischen Stabilitäten bzw. das Zersetzungsverhalten als auch die gebildeten Rückstände untersucht.
Des Weiteren werden multinukleare Koordinationsverbindungen vorgestellt, die sich der Klasse der „Metallo-dendrimere“ zuordnen lassen. Im Sinne einer konvergenten Dendrimersynthese wurde an Poly(amidoamin)-Dendrimere (PAMAM) carbonsäurefunktionalisierte Bis(oxamat)-Leweis-Basen kovalent angebunden und anschließend mit CuII-Ionen komplexiert. Die so isolierten endständigen mononuklearen Einheiten konnten durch eine weitere Komplexierung mit {Cu(pmdta)}2+-Komplexfragmenten und unter Ausnutzung ihrer flexidentaten Eigenschaften in trinukleare {CuII}3-Einheiten überführt werden. Da die CuII-Ionen aller individuellen {CuII}3-Einheiten über intramolekulare magnetische Austauschwechselwirkungen verfügen, können diese Verbindungen als „Magnetodendrimere“ bezeichnet werden, wobei die magnetischen Eigenschaften sich aus der Summe der individuellen Bausteine zusammensetzen. Ein dendritischer Effekt ist in dieser Dendrimerengröße nicht erkennbar.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit war die Synthese formiatbasierender NiII-, CoII und CuII- Komplexe und deren magnetischer sowie thermischer Charakterisierung. In der Regel werden mononukleare Komplexe vorgestellt, die im festen Zustand aber auch mittels Wasserstoffbrückenbindungen 1D-, 2D- oder auch 3D-Netzwerke ausbilden. Auf die potentielle Eignung dieser Komplexe als Präkursoren zur Niedertemperaturgenerierung reiner Metalle, wie z.B. in Druck- oder Fügeprozessen, wird eingegangen.
Basierend auf die im Rahmen dieser Arbeit erreichten Ergebnissen zu dinukleare NiII-haltigen Formiatkomplexen, wurde ein strukturell analoger NiII- als auch CoII-haltiger Vertreter mit Ferrocenylcarboxylatdonoren synthetisiert und die magnetischen, elektrochemischen und thermischen Eigenschaften bestimmt. Als zusätzliche Weiterentwicklung der Thematik formiathaltiger Komplexverbindungen wurden die 3D-aufgebauten Übergangsmetallformiate [{MII(O2CH)2}∙2H2O] (MII = Mn, Co, Ni) unter solvothermalen Bedingungen mit dem N-Donoren Pyridin umgesetzt. Die so erhaltenen MnII- und CoII-haltigen Edukte sind 2D-aufgebaute Addukte des Typs [M(O2CH)2(py)m]n (M = Mn, m = 2; M =Co, m = 7), die via π-π-Wechselwirkungen ihrer Pyridinliganden 3D-Netzwerke ausbilden. Die Struktur dieser Komplexverbindungen sowie deren Stabilität nach Isolation ihrer Feststoffe werden diskutiert.:Bibliografische Beschreibung und Referat I
Ort und Zeitraum der Durchführung III
Inhaltsverzeichnis IV
Selbständigkeitserklärung VI
Präambel VII
Abkürzungsverzeichnis VIII
Kapitel A – Einleitung 1
Kapitel B – Kenntnisstand 7
1. Carboxylatoliganden als Mediatoren von magnetischen Austauschwechselwirkungen 8
2. Bis(oxamato)-Liganden als Mediatoren von magnetischen Austauschwechselwirkungen 10
3. Dendrimere und der dendritische Effekt 17
4. Der Strukturtyp [M2(O2CR)4(H2O)(LN)2] 25
5. Thermische Zersetzungsreaktionen von Formiatverbindungen und die Reduktion der Zersetzungstemperaturen derer im Allgemeinen 29
6. Motivation 34
C – Publikation: CuII bis(oxamato) end-grafted poly(amidoamine) dendrimers 36
D – Publikation: Tri- (M = CuII) and hexanuclear (M = NiII, CoII) heterometallic complexes with ferrocene monocarboxylate and chelating diamines as ligands 58
E.1 – Publikation: Nickel(II) Formate Complexes with Bi- and Tridentate Nitrogen-based Ligands: Synthesis, Solid State Structures, Thermal and Magnetic Properties 68
E.2 – Weiterführende Diskussion: Das thermische Zersetzungsverhalten von stickstoffhaltigen Metallformiat-Verbindungen 86
F.1 – Poster: Synthesis of poly- and monomeric transition metal complexes with formato and pyridine ligands. 91
F.2 – Vorbereitende Arbeiten für ein Manuskript: Darstellung und kristallografische Beschreibung von 2D-polymeren und diskreten Metall-Pyridin-Komplexen 93
Kapitel G – Zusammenfassung 106
Literaturverzeichnis 110
Danksagung 119
Lebenslauf 12
Einfluss der Struktur und Herstellungsroute auf das tribologische Verhalten thermisch gespritzter Hochentropielegierungen
No full textHochentropielegierungen stellen einen neuen Entwicklungsansatz metallischer Werkstoffe ohne ein eigenschaftsbestimmendes Hauptelement dar. Die zielgerichtete Übertragung der bisher überwiegend an Massivwerkstoffen ermittelten Eigenschaften in die Beschichtungstechnik erfordert die Kenntnis der bestimmenden Einflussfaktoren. Für die Schichtherstellung werden die Verfahren des thermischen Spritzens betrachtet. Hierfür wird eine geeignete Prozessroute ermittelt. Die detaillierten Untersuchungen zu den Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erfolgen an Legierungen mit variabler Struktur. Diese werden anhand von thermodynamischen Parametern sowie Untersuchungen an schmelzmetallurgisch hergestellten Massivwerkstoffen ausgewählt. Zur Bewertung des Einflusses der Größe der Strukturmerkmale, der Heterogenität und möglicher Ungleichgewichtszustände werden schmelz- und pulvermetallurgisch hergestellte Massivwerkstoffe als Referenz betrachtet. Die geplanten Forschungsarbeiten tragen zu einem Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung von Hochentropielegierungen bei. Weiterhin wird eine geeignete Prozessroute für die pulvermetallurgische Verarbeitung sowie für Anwendungen in der Oberflächentechnik ermittelt
Molding the flow of light in rolled-up microtubular cavities and topological photonic lattices
No full textThe presence of photonic band gap in an arbitrarily shaped photonic structure, particularly structures that are fabricated by exploiting rolled-up nanotechnology, can be understood from the density of optical states. In this thesis, the density of optical states and the local density of optical states in finite-sized photonic structures are calculated using the finite difference time domain method together with a parallelized message passing interface. With this approach, a software package suitable for high-performance computing on multi-platform was published under GNU GPL license.
When light is guided to propagate along a rolled-up thin film, whispering gallery mode resonances can be formed in a microtubular structure. Dynamic probing and tuning via a plasmonic nanoparticle-coated glass tip are investigated to demonstrate the transition from dielectric-dielectric to dielectric-plasmonic coupling in the tubular microcavity. The competition of these two coupling mechanisms allow the tuning of the optical cavity modes towards lower and then higher energies in a single coupling system. Moreover, three dimensionally confined higher order axial modes can be selectively coupled and tuned by the glass tip due to their unique spatial distribution of the optical field along the tube axis. In addition, the interaction between sharp optical cavity modes and broad plasmonic modes supported by silver nanoparticles leads to the occurrence of Fano resonance. In particular, Fano resonances occurring at higher-order axial modes has been observed as well. The experimental results are supported by numerical simulations based on the finite difference time domain method.
In photonic lattice structures, light propagation behavior can be influenced and defined by the photonic band structure. By designing the unit cell with glide mirror symmetry, topologically protected edge states operating in the visible spectral range have been proposed in two dimensional photonic crystals which can be made of feasible materials. Topological phenomena such as unidirectional waveguiding and/or effective zero refractive index are presented. In addition, a scheme to study topological phase transition in a single photonic crystal device is proposed and studied via unevenly stretching photonic lattice. Moreover, a new method is explored to distinguish the topological phase from the bulk modes.
The research presented in this thesis concerns molding the flow of light in specially designed photonic devices for various potential applications. The software package can be used to design and investigate finite-sized photonic structures with an arbitrary shape, which is much faster in terms of computation than other reported techniques and software packages. The rolled-up microcavities can be employed to trap and store light in the way of whispering gallery mode resonances, and the resonant light can be tuned and modulated by a plasmonic nanoparticles-coated glass tip. This research is particularly interesting for optical signal processing, slowing light via Fano resonances, and high sensitive sensing. In addition, the topological photonic crystal design and examination scheme presented in this thesis provide a simplified yet more efficient way to obtain non-trivial topological phase from a tunable photonic crystal that can be verified not only by edge modes but also by bulk modes.:Bibliographic record 1
Abstract 1
LIST OF ABBREVIATIONS and Symbols 3
1 Introduction 9
1.1 Introduction and Motivation 9
1.2 Objectives 11
1.3 Organization of the thesis 12
2 Density of optical states in rolled-up photonic crystals and quasi crystals 15
2.1 Introduction 15
2.1.1 background 17
2.1.2 Infinitely extended ideal photonic crystal 17
2.2 Finite-sized photonic crystal, photonic quasicrystal, and arbitrary photonics structures 20
2.2.1 Numerical algorithm 25
2.2.2 Rolled-up photonic crystals and quasi crystals 30
2.3 Software package 33
2.3.1 Computational performance 33
2.3.2 FPS User interface 35
2.3.3 Detailed tutorial 37
2.3.4 Alternative rolled-up photonic crystals 47
2.3.5 Beyond 3D photonic crystals. 48
2.4 Conclusion 49
3 Rolled-up microesonator 51
3.1 Introduction 51
3.2 Rolled-up microresonators 52
4 Tip-assisted photon-plasmon coupling in three-dimensionally confined microtube cavities 57
4.1 Introduction 57
4.2 Tube and plasmonic particle preparation and characterization 60
4.3 Results and discussion 62
4.4 Axial mode tuning 64
4.5 Fano resonance 65
4.5.1 Background 65
4.5.2 Fano resonance in the tip assisted coupling setup 68
4.6 Conclusion 71
5 Topological photonics 73
5.1 Introduction and motivation 73
5.2 Topological phase transition point 77
5.2.1 Fundamental phase transition point 77
5.2.2 Zero refractive index material 79
5.3 Non-trivial topology in realistic materials 80
6 Topological phase transition in stretchable photonic crystals 85
6.1 Introduction and motivation 85
6.2 SSH model 88
6.3 Photonic crystal 91
6.4 Band structure and end modes of the photonic crystal 99
6.5 Conclusion 101
7 Summary and outlook 103
7.1 Summary 103
7.2 Outlook 104
Bibliography 111
List of figures 127
Publications 133
Acknowledgments 136
Selbständigkeitserklärung 137
Curriculum Vitae 13
Abschlussbericht des Verbundvorhabens „Adaptive Smart Service Systeme zur Optimierung und Steuerung von Produktionssystemen auf Basis bedarfsorientiert konfigurierbarer Smart Data Bausteine (Plug_and_Control)“
Get PDFZiel des Forschungsvorhabens 'Plug_and_Control' war die Erarbeitung und prototypische Umsetzung eines Konzepts für flexibel konfigurierbare, standardisierte Datenbausteine zur Erfassung und Verarbeitung von Daten aus unterschiedlichen internen und externen Datenquellen von Produktionsunternehmen. Durch diese Datenbausteine sollte zum einen die Auftrennung des betrieblichen Datenstroms in Informationen, die unbedenklich bspw. in einer Cloud gespeichert werden können, und in sensible Daten, die zwingend im Unternehmen verbleiben müssen, realisiert werden. Zum anderen sollte durch den modularen Bausteinansatz die notwendige Flexibilität für eine Anwendung für verschiedene Problemstellungen in beliebigen Unternehmen geschaffen werden. Im entwickelten Konzept wurden fachlich zusammengehörige Daten in Datenbausteinen aggregiert, um eine Standardisierung, Qualitätssicherung sowie Echtzeit-Auswertung zu ermöglichen. Ergänzend wurden Lösungen zur Datenakquise aus Sensorik- und Maschinensteuerungsdaten sowie zur cloudbasierten Speicherung und bedarfsorientierten Verarbeitung der Daten generiert. Auf Basis der so entstandenen flexibel kombinierbaren Daten- und Methodenbausteine wurde ein modulares Dienstleistungsangebot geschaffen sowie prototypisch für verschiedene Anwendungsszenarien umgesetzt und validiert. Durch die im Projekt entwickelten Datenbausteine und deren individuelle Verknüpfung können technikbasierte Dienstleistungsprozesse zukünftig effizienter, flexibler und nutzenorientierter gestaltet werden. Der generierte Bausteinansatz stellt ein Bindeglied zwischen notwendiger Standardisierung und spezifischen Anforderungen für individualisierte Dienstleistungen dar. Neben den prototypischen Lösungen für konkrete Anwendungsfälle im Sonder- und Textilmaschinenbau, der Teilefertigung und des Metallbaus entstanden im Projekt auch allgemeingültige Ergebnisse für flexibel konfigurierbare Dienstleistungen zur Produktionsoptimierung in verschiedenen Branchen. Produktionsunternehmen können somit ihre Daten nicht nur flexibel nutzen, sie sind gleichzeitig auch in die Lage, ihren Kunden modulare, technische Dienstleistungen anzubieten. Diese Dienstleistungen können dabei einerseits auf das Produkt bezogen sein, indem Kunden z.B. in der Entwicklungs-/ Beauftragungsphase die Konfiguration einer Anlage mitgestalten oder während der Erstellung den Auftragsfortschritt verfolgen und Änderungen bewerten können. Andererseits sind Dienstleistungen, die sich auf den Produktionsprozess beziehen, möglich – bspw. die Optimierung von Prozessen, des Ressourceneinsatzes oder der Verfügbarkeit sowie die Ergänzung bestehender bzw. Entwicklung neuer Geschäftsmodelle.
Der vorliegende Schlussbericht fasst die erreichten Ergebnisse und Erkenntnisse zusammen.:1 Das Projekt Plug_and_Control
1.1 Problemstellung und Motivation
1.2 Status Quo
1.3 Strategie & Forschungsfrage
1.4 Ziele des Projektes
2 Grundlagen digitaler Dienstleistungen
2.1 Definitionsrahmen digitaler Dienstleistungen
2.2 Beschreibung dienstleistungsbasierter Geschäftsmodelle mittels Gemini 4.0 Business Model Canvas
3 Projektkonsortium
3.1 Professur Fabrikplanung und Intralogistik der TU Chemnitz
3.2 ERMAFA Sondermaschinen- und Anlagenbau GmbH
3.3 KRS - SEIGERT GmbH
3.4 Terrot GmbH
3.5 ICM - Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V.
3.6 Hörmann Rawema Engineering & Consulting GmbH
3.7 Simba n³ GmbH
3.8 com2m GmbH
4 Digitales Dienstleistungskonzept
4.1 Anforderungen an die Methode
4.2 Modulares digitales Dienstleistungskonzept
4.3 Systembeschreibung
4.4 Zusammenhang von Servicekonzept & SDU-SMU-Sammlung
4.5 SDU-SMU-Bibliothek
5 Transfer in die Praxis
5.1 Prototypische Umsetzung des Anwendungsfalls „Maschineneinstellungen für 3D-Drucker bestimmen“
5.2 Prototypische Umsetzung zum Anwendungsfall „Instandhaltungsmanagement“ bei der ERMAFA Sondermaschinen- und Anlagenbau GmbH
5.3 Prototypische Umsetzung zum Anwendungsfall „Maschineneinstellungen für die Kugelproduktion bestimmen“ bei der KRS - SEIGERT GmbH
5.4 Prototypische Umsetzung des Anwendungsfalls „Auftragsmonitoring“ bei der Terrot GmbH
5.5 Prototypische Umsetzung des Anwendungsfalls „Parameterbestimmung für den IHU-Prozess“
5.6 Validierung und Verifikation
6 Methode zur Implementierung von Geschäftsmodellen
6.1 Prototyp ableiten
6.2 Prototyp implementieren
6.3 Prototyp testen
7 Zusammenfassung & Ausblick
8 Danksagung
9 Autorenverzeichnis
10 Veröffentlichungen & Vorträge
11 QuellenverzeichnisThe aim of the research project “Plug_and_Control” was the development and prototypical implementation of a concept for flexibly configurable, standardized data modules for the acquisition and processing of data from different internal and external data sources of production companies. On the one hand, these data modules should separate the operational data stream into information that can be safely stored – for example in a cloud – and into sensitive data that must remain in the company. On the other hand, the modular building block approach should create the necessary flexibility for an application for various problems in any company.
In the developed concept, related technical data were aggregated in data modules in order to enable standardization, quality assurance and real-time evaluation. In addition, solutions for data acquisition from sensor and machine control data as well as for cloud-based storage and demand-oriented processing of the data were generated. Based on the flexibly combinable data and method modules a modular range of services was created, implemented and validated as prototypes for various application scenarios.
Due to the data modules and their individual linkage that were developed in the project, technology-based service processes can be made more efficient, flexible and user-oriented in the future. The generated building block approach represents a link between the necessary standardization and specific requirements for individualized services. In addition to the prototype solutions for specific applications in companies of textile and special mechanical engineering, parts manufacturing and metal construction, the research project also provides general results for flexibly configurable services for production optimization usable in various industries. So, production companies can not only use their data more flexibly, they are also able to offer their customers modular, technical services. This present final documentation of the research project “Plug_and_Control” summarizes the most important results and findings.:1 Das Projekt Plug_and_Control
1.1 Problemstellung und Motivation
1.2 Status Quo
1.3 Strategie & Forschungsfrage
1.4 Ziele des Projektes
2 Grundlagen digitaler Dienstleistungen
2.1 Definitionsrahmen digitaler Dienstleistungen
2.2 Beschreibung dienstleistungsbasierter Geschäftsmodelle mittels Gemini 4.0 Business Model Canvas
3 Projektkonsortium
3.1 Professur Fabrikplanung und Intralogistik der TU Chemnitz
3.2 ERMAFA Sondermaschinen- und Anlagenbau GmbH
3.3 KRS - SEIGERT GmbH
3.4 Terrot GmbH
3.5 ICM - Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V.
3.6 Hörmann Rawema Engineering & Consulting GmbH
3.7 Simba n³ GmbH
3.8 com2m GmbH
4 Digitales Dienstleistungskonzept
4.1 Anforderungen an die Methode
4.2 Modulares digitales Dienstleistungskonzept
4.3 Systembeschreibung
4.4 Zusammenhang von Servicekonzept & SDU-SMU-Sammlung
4.5 SDU-SMU-Bibliothek
5 Transfer in die Praxis
5.1 Prototypische Umsetzung des Anwendungsfalls „Maschineneinstellungen für 3D-Drucker bestimmen“
5.2 Prototypische Umsetzung zum Anwendungsfall „Instandhaltungsmanagement“ bei der ERMAFA Sondermaschinen- und Anlagenbau GmbH
5.3 Prototypische Umsetzung zum Anwendungsfall „Maschineneinstellungen für die Kugelproduktion bestimmen“ bei der KRS - SEIGERT GmbH
5.4 Prototypische Umsetzung des Anwendungsfalls „Auftragsmonitoring“ bei der Terrot GmbH
5.5 Prototypische Umsetzung des Anwendungsfalls „Parameterbestimmung für den IHU-Prozess“
5.6 Validierung und Verifikation
6 Methode zur Implementierung von Geschäftsmodellen
6.1 Prototyp ableiten
6.2 Prototyp implementieren
6.3 Prototyp testen
7 Zusammenfassung & Ausblick
8 Danksagung
9 Autorenverzeichnis
10 Veröffentlichungen & Vorträge
11 Quellenverzeichni
The Road towards Integrated Micro-Supercapacitor: From 2D to 3D Device Geometries
Get PDFThe rapid development of microelectronics has equally rapidly increased the demand for miniaturized energy storage devices. On-chip micro-supercapacitors (MSCs), as promising power candidates, possess great potential to complement or replace electrolytic capacitors (ECs) and microbatteries (MBs) in various applications. Recently, planar two-dimensional (2D) MSCs, composed of isolated thin-film microelectrodes with extremely short ionic diffusion path and free of separator on a single substrate, have become particularly attractive because they can be directly integrated with microelectronic devices on the same side of a flexible substrate to act as a standalone microsized power source. However, the areal capacities and energy densities of the 2D MSCs are commonly limited by the low voltage window and the thin layer of the electrode materials. Obviously, integrating more active material into cleverly designed three-dimensional (3D) electrode architectures will effectively increase the areal performance within a limited footprint area in spite of some loss of flexibility and cycling stability. However, it is still a big challenge to effciently and cost-effectively fabricate on-chip MSCs with high electro-chemical performance and abundant electrode structures. Here, three types of MSCs including graphene-based 2D planar MSCs, on-chip 3D interdigital MSCs and self-assembled 3D tubular MSCs were fabricated, respectively. The fabrication process, electrode materials structure and morphology, electrochemical performance, mechanical properties, integration process and difficulty, and practical application of these 2D and 3D devices are studied in detail
Wake-up Receiver for Ultra-low Power Wireless Sensor Networks
No full textIn ultra-low power Wireless Sensor Networks (WSNs) sensor nodes need to interact, depending on the application, even at a rapid pace while preserving battery life. Wireless communication brings thereby quite the burden as the radio transceiver requires a relative huge amount of power during both transmission or reception phases. In WSNs with on demand communication, the sensor nodes are required to maintain responsiveness and to act the sooner they receive a request, reducing the overall latency of the network. The aspect is more challenging in asynchronous WSN as the receiver possesses no information about the packet arrival time. In a purely on-demand communication, duty-cycling shows little to almost no improvement. The receiving node, in such scheme, is expected to last for years while also being accessible to other peers.
Here arises the utility of an external ultra-low power radio receiver known as Wake-up Receiver (WuRx). Its essential task is to remain as the only part of the system running while the rest of the systems enters the lowest power mode (i.e., sleep state). Once a request signal is received, it notifies the host processor and other peripherals for an incoming communication. With the sensor node being in sleep state (WuRx active only), substantial power levels can be achieved. If the WuRx is able to interact rapidly, the added latency remains negligible. As crucial performance figures, the sensitivity and bit rate are immediately affected by the extreme low-power budget at diifferent magnitudes, depending mainly on the incorporated architecture.
This thesis focuses on the design of a feature-balanced WuRx. The passive radio
frequency architecture (PRF) relies on passive detection while consuming zero
power to extract On-Off-Keying (OOK) modulated envelopes. The featured sensitivity, however, is reduced compared to more complex architectures. A WuRx based on PRF architecture can effectively enable short-range applications. The sensitivity can vary with respect to several parameters including the total generated noise, circuit technology and topology. Two variants of the PRF WuRxs are introduced with the baseband amplifier being the main change. The first revision employs a high performance amplifier with reduced average energy consumption, thanks to a novel power gating control. The second variant focuses on employing an ultra-low power baseband amplifier as it is expected to be in a continuous active state. This thesis also brings the necessary analysis on the passive front-end with the intention to enhance the overall WuRx sensitivity. Proof of concepts are embedded in sensor node boards and feature
-61 dBm and -64 dBm of sensitivity for the first and the second variant, respectively, at a packet-error-rate (PER) of 1% whilst demanding a similar power of 7.2 µW during packet listening. During packet decoding, the first variant demands a 150 µW of power, caused greatly by the baseband amplifier. The achieved latency is less than 30 ms and the bit rate is 4 kbit/s, Manchester encoding.
For long-range applications, a higher sensitivityWuRx is proposed based on Tuned-RF (TRF) architecture. By embedding a low-noise amplifier (LNA) in the receiver
chain, very weak radio signal can be detected. TheWuRx emphasizes higher sensitivity of -90 dBm. The design of the LNA prioritized the highest gain and lowest bias current by sacrifcing the linearity that poses little impact on signal integrity for the OOK modulated signals. The total active power consumption of the TRF WuRx is 1.38 mW. In this work, a fast sampling approach based on power gating protocol allows a drastic reduction in energy consumption on average. By being able to sample in matter of few microseconds, the WuRx is able to detect the presence of a packet and return to sleep state right after packet decoding. Being power-gated dropped the average power consumption to 2.8 µW at a packet detection latency of 32 ms for less than 2 s of interval time between communication requests. The proposed solutions are able to decode a minimum length of 16-bit pattern and operate in the license-free ISM band 868 MHz.
This thesis also includes the analysis and implementation of low-power front-end
building blocks that are employed by the proposed WuRx.:1 Introduction
1.1 Motivation
1.2 Wake-up Receiver Design Requirements
1.2.1 Energy Consumption
1.2.2 Network Coverage and Robustness
1.2.3 Wake-up Packet Addressing
1.2.4 WuPt Detection Latency
1.2.5 Hosting System, Form-factor and Fabrication Technology
1.3 Thesis Organisation
2 Wireless Sensor Networks
2.1 Radio Communication
2.1.1 Electromagnetic Spectrum
2.1.2 Link Budget Analysis
2.2 Asynchronous Radio Receiver Duty-cycle Control
2.2.1 B-MAC and X-MAC Protocols
2.2.2 Energy and Latency Analysis
2.3 Power Supply Requirements
2.3.1 Low Self-discharge Battery
2.3.2 Energy Harvester
2.4 Summary
3 State-of-the-Art of Wake-up Receivers
3.1 Wake-up Receiver Architectural Analysis
3.1.1 Passive RF Detector
3.1.2 Classical Radio Architectures
3.2 Wake-up Receiver Back-end Stages
3.2.1 Baseband Amplifiers
3.2.2 Analog to Digital Conversion
3.2.3 Wake-up Packet Decoder
3.3 Power Consumption Reduction at Circuit Level
3.3.1 Power Gating
3.3.2 Interference Rejection and Filtering
3.4 Summary
4 Proposal of Novel Wake-up Receivers
4.1 Ultra-low Power On-demand Communication in Wireless
Sensor Networks: Challenges and Requirements
4.2 Passive RF Wake-up Receiver
4.3 Power-gated Tuned-RF Wake-up Receiver
5 Low-power RF Front-end
5.1 Narrow-band Low-noise Amplifier (LNA)
5.1.1 Topology
5.1.2 Voltage Gain
5.1.3 Stability
5.1.4 Noise Figure
5.1.5 Linearity
5.2 Envelope Detector
5.2.1 Theory of Square-law Detection and Sensitivity Analysis
5.2.2 Single-Diode Envelope Detector
5.2.3 Voltage Multiplier Envelope Detector
5.3 Hardware Assessment
5.3.1 LNA
5.3.2 Envelope Detector
5.4 Summary
6 Passive RF Wake-up Receiver
6.1 Circuit Implementation
6.1.1 Address Decoder
6.1.2 Envelope Detector
6.1.3 Power-gated Baseband Amplifier
6.1.4 Ultra Low-power Baseband Amplifier
6.2 Experimental Results
6.2.1 Wireless Sensor Node
6.2.2 Measurements
6.3 Summary
7 Power-gated Tuned-RF Wake-up Receiver
7.1 Power-gating Protocol
7.2 Circuit Design
7.2.1 Radio Front-end
7.2.2 Data Slicer
7.2.3 Digital Baseband
7.3 Performance Evaluation
7.4 Summary
8 Conclusion
8.1 Performance Summary
8.2 Future Perspective
8.3 Applications
A Two-tone Simulation Setup
B Diode Models and Simulation Setup
C Preamble Detection C Code Implementation
Bibliography
PublicationsIn drahtlosen Sensornetzwerken (WSNs) mit extrem geringem Stromverbrauch müssen Sensorknoten je nach Anwendung kurze Latenzzeiten erreichen ohne die Batterielebensdauer zu beeinträchtigen. Die drahtlose Kommunikation bringt dabei eine ziemliche Belastung mit sich, da der Funktransceiver sowohl während der Sende- als auch der Empfangsphase relativ viel Strom benötigt. Einige marktfähige Funktransceiver benötigen durchschnittlich ca. 10 mA im Empfangsmodus sowie 30 mA im Sendemodus. Deshalb wird heutzutage das sogenannte Duty-Cycling mit bestimmten Sende-, Empfangs- und langen Schlafzeitintervallen eingeführt. Während der Schlafphase ist der Empfänger nicht ansprechbar. Was wiederum zu einer massiven Erhöhung der Latenzzeit führen kann. In vielen Anwendungen und insbesondere im Rahmen der Digitalisierung von Prozessen wird mittlerweile die Fähigkeit On-Demand mit sehr kurzen Latenzzeiten zu kommunizieren verlangt. Diese Anforderung steht in einem Wiederspruch zum genannten Duty-cycle Betrieb. Um dieses Dilemma zu lösen wird im Rahmen dieser Doktorarbeit ein Funkempfänger mit extrem geringen Stromverbrauch untersucht und entwickelt. Mit Hilfe des extrem niedrigen Stromverbrauches kann der Funkempfänger ständig empfangsbereit sein. Er wird zum Hauptempfänger mit dem hohen Stromverbrauch zugeschaltet, so dass nur nach Aufforderung der Hauptempfänger aktiv sein wird. Dieser Empfänger wird Wake-up Empfänger (WuRx) genannt. Seine wesentliche Aufgabe besteht darin, als einziger Teil des Gesamtknotens aktiv zu sein, während der Rest in den Modus mit dem niedrigsten Stromverbrauch versetzt wird. Sobald ein Anforderungssignal empfangen wird, weckt er den Haupt-Prozessor und andere Peripheriegeräte über eine eingehende Kommunikation. Somit ist der Aufweckempfänger essenziell für die Zuverlässigkeit der drahtlosen Kommunikation. Sein Stromverbrauch sollte im µA Bereich sein. Seine Empfangsbereitschaft hängt entscheidend von seiner Empfindlichkeit sowie Bitrate ab. Eine Verbesserung der Empfindlichkeit und Erhöhung der Bitrate würden zwangsläufig zu einer Erhöhung des Stromverbrauches führen.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit werden unterschiedliche Architekturen von Aufweckempfängern untersucht und umgesetzt. Zusammenhänge zwischen Empfindlichkeit, Bitrate und Stromverbrauch wurden analysiert und mögliche Grenzen gezeigt. Ein wesentliches Augenmerk war dabei, Off-the-Shelf Komponenten zu verwenden.
Im Rahmen dieser Doktorabeit wurden in Abhängigkeit von der zu erreichenden Reichweite und Häufigkeit der Kommunikation zwei wesentliche Architekturen mit geeigneten Empfindlichkeiten und extrem geringem Stromverbrauch entwickelt.
Für kurze Reichweiten wurde eine passive Hochfrequenzarchitektur (PRF Architektur) basierend auf einer passiven Erkennung von OOK-modulierten (On-Off-Keying) Signalen mittels Hüllkurvenbildung entwickelt. Die erreichte Empfindlichkeit von ca. -64 dBm stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik und Forschung mit einer Empfindlichkeit von ca. -52 dBm dar. Die Empfindlichkeit kann in Bezug auf verschiedene Parameter variieren, einschließlich des insgesamt erzeugten Rauschens, der Schaltungstechnologie und der Topologie. Zwei Varianten der PRF WuRxs wurden realisiert, wobei der Basisbandverstärker die Hauptänderung darstellt. Die erste Version verwendet einen Hochleistungsverstärker mit reduziertem durchschnittlichen Energieverbrauch dank einer neuartigen Leistungssteuerung. Die zweite Variante konzentriert sich auf die Verwendung eines Basisbandverstärkers mit extrem geringer Leistung, da erwartet wird, dass er sich in einem kontinuierlichen aktiven Zustand befindet. Diese Arbeit bringt auch die notwendige Analyse des passiven Front-Ends mit der Absicht, die allgemeine WuRx-Empfindlichkeit zu verbessern. Nachweise der Wirksamkeit sind in Sensorknotenmodulen eingebettet und verfügen über -61 dBm und -64 dBm Empfindlichkeit für die erste bzw. die zweite Variante bei einer Paketfehlerrate (PER) von 1 %, während beim Abhören von Paketen eine ähnliche Leistung von 7.2 µW gefordert wird. Während der Paketdecodierung erfordert die erste Variante eine Leistung von 150 µW, die stark durch den Basisbandverstärker verursacht wird. Die erreichte Latenz beträgt weniger als 30 ms und die Bitrate beträgt 4 kbit/s mit einer Manchester-Codierung.
Für Anwendungen mit großer Reichweite wird ein WuRx mit höherer Empfindlichkeit vorgeschlagen. Dieser basiert auf einer TunedRF (TRF) -Architektur. Dabei werden sehr schwache Funksignale durch einen rauscharmen Verstärker (LNA) erkannt und verstärkt. Der WuRx erreicht eine bessere Empfindlichkeit von ca. –90 dBm. Dabei wurde das Augenmerk auf die höchste Verstärkung verbunden mit dem niedrigsten Vorspannungsstrom gelegt. Der LNA wird dann im nicht-linearen Bereich betrieben. Dieser Betriebsmodus beeinflusst nur im geringeren Maße die Signalintegrität der OOK-modulierten Signale. Der gesamte Leistungsverbrauch des TRF WuRx beträgt 1.38 mW. Um den Gesamtleistungsverbrauch im µW Bereich zu reduzieren, wird im Rahmen dieser Arbeit das sogenannte Power-Gating-Protokoll eingeführt. Dabei wird das Funkkanal zyklisch abgetastet. Der WuRx kann innerhalb von wenigen Mikrosekunden das Vorhandensein eines Pakets erkennen und direkt nach der Paketdecodierung in den Ruhezustand zurückkehren. Durch diesen Ansatz konnte der durchschnittliche Stromverbrauch bei einer Paketerkennungslatenz von ca. 32 ms innerhalb einer Abtastrate von 2 s auf 2.8 µW reduziert werden. Die vorgeschlagenen Lösungen können eine Mindestlänge von 16-Bit-Mustern decodieren und im lizenzfreien ISM-Band 868 MHz arbeiten.:1 Introduction
1.1 Motivation
1.2 Wake-up Receiver Design Requirements
1.2.1 Energy Consumption
1.2.2 Network Coverage and Robustness
1.2.3 Wake-up Packet Addressing
1.2.4 WuPt Detection Latency
1.2.5 Hosting System, Form-factor and Fabrication Technology
1.3 Thesis Organisation
2 Wireless Sensor Networks
2.1 Radio Communication
2.1.1 Electromagnetic Spectrum
2.1.2 Link Budget Analysis
2.2 Asynchronous Radio Receiver Duty-cycle Control
2.2.1 B-MAC and X-MAC Protocols
2.2.2 Energy and Latency Analysis
2.3 Power Supply Requirements
2.3.1 Low Self-discharge Battery
2.3.2 Energy Harvester
2.4 Summary
3 State-of-the-Art of Wake-up Receivers
3.1 Wake-up Receiver Architectural Analysis
3.1.1 Passive RF Detector
3.1.2 Classical Radio Architectures
3.2 Wake-up Receiver Back-end Stages
3.2.1 Baseband Amplifiers
3.2.2 Analog to Digital Conversion
3.2.3 Wake-up Packet Decoder
3.3 Power Consumption Reduction at Circuit Level
3.3.1 Power Gating
3.3.2 Interference Rejection and Filtering
3.4 Summary
4 Proposal of Novel Wake-up Receivers
4.1 Ultra-low Power On-demand Communication in Wireless
Sensor Networks: Challenges and Requirements
4.2 Passive RF Wake-up Receiver
4.3 Power-gated Tuned-RF Wake-up Receiver
5 Low-power RF Front-end
5.1 Narrow-band Low-noise Amplifier (LNA)
5.1.1 Topology
5.1.2 Voltage Gain
5.1.3 Stability
5.1.4 Noise Figure
5.1.5 Linearity
5.2 Envelope Detector
5.2.1 Theory of Square-law Detection and Sensitivity Analysis
5.2.2 Single-Diode Envelope Detector
5.2.3 Voltage Multiplier Envelope Detector
5.3 Hardware Assessment
5.3.1 LNA
5.3.2 Envelope Detector
5.4 Summary
6 Passive RF Wake-up Receiver
6.1 Circuit Implementation
6.1.1 Address Decoder
6.1.2 Envelope Detector
6.1.3 Power-gated Baseband Amplifier
6.1.4 Ultra Low-power Baseband Amplifier
6.2 Experimental Results
6.2.1 Wireless Sensor Node
6.2.2 Measurements
6.3 Summary
7 Power-gated Tuned-RF Wake-up Receiver
7.1 Power-gating Protocol
7.2 Circuit Design
7.2.1 Radio Front-end
7.2.2 Data Slicer
7.2.3 Digital Baseband
7.3 Performance Evaluation
7.4 Summary
8 Conclusion
8.1 Performance Summary
8.2 Future Perspective
8.3 Applications
A Two-tone Simulation Setup
B Diode Models and Simulation Setup
C Preamble Detection C Code Implementation
Bibliography
Publication
Synthese und Reaktionen von heteroatomgebundenen Aziden
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und den Reaktionen von heteroatomgebundenen Aziden. Im Speziellem werden vier verschiedene Gruppen untersucht, diese umfassen: Die Synthese von N-Azido-Aminen u. a. mittels nucleophiler Substitution und Diazotransfer-Reaktion, die Synthese von N-Azido-Iminen mittels nucleophiler Substitution und Addition-Reaktion von Azid an Iminium-aktivierte Azide, die Synthese von N4O/N4O2 durch Addition von Azid-Ion an Nitrosyl/Nitronium-Salze und die Synthese von Iod(III)aziden als Iod(III)mono-, -di- und triazid(e) mittels nucleophiler Substitution.
Ein besonderes Augenmerk liegt in der Untersuchung der neu etablierten Reaktion zur Synthese von N-Amidino-Pentazolen und N-Azido-Amidinen ausgehend von Chlor-Iminium-Salzen. Es konnte hierbei gezeigt werden, dass nach einer ersten Substitutionsreaktion die neu eingeführte Azid-Gruppe durch die Nachbarschaft zur Iminium-Struktur aktiviert wird und so ein weiteres Azid-Ion an der Azid-Gruppe angreifen kann. Die sich im Folgenden bildenden N-Amidino-Pentazole und N-Azido-Amidine lassen sich mit Hilfe von 15N-Isotopenmarkierungen eindeutig, ohne unterstützende quantenchemische Rechnungen, bei tiefer Temperatur NMR-spektroskopisch nachweisen und belegen. Der Zerfall dieser Verbindungen bei Raumtemperatur liefert neben drei Äquivalenten Distickstoff ein nucleophiles Carben, welches diversen Folgereaktionen unterliegt und u. a. zu Azidomethylenaminen und Triazenium-Derivaten führt.:I. Inhaltsverzeichnis vi
II. Abkürzungsverzeichnis ix
1. Einleitung 1
1.1. Azide - explosiv und vielfältig 1
1.1.1. Allgemeines 1
1.1.2. Heteroatomgebundene Azide in der Literatur 4
1.1.2.1. Überblick und bekannte Reagenzien 4
1.1.2.2. N-Azido-Amine 41 7
1.1.2.3. N-Azido-Imine 67 12
1.2. Stickstoff-haltige Heterocyclen 13
1.3. Zielsetzung 17
2. Ergebnisse und Diskussion 19
2.1. Synthese von N-Azido-Aminen 41 19
2.1.1. Synthese mittels nucleophiler Substitution 20
2.1.1.1. Reaktion von 43a mit NaN3: Die Reaktionsprodukte A und B 20
2.1.1.2. Reaktion von 43a mit NaN3: Aufklärung des Reaktionsmechanismus 22
2.1.1.3. Reaktion von 43a mit NaN3: Variation der Reaktionsbedingungen 26
2.1.1.4. Reaktion von 43a mit NaN3: Variation des Azid-Reagenzes 27
2.1.1.5. Variationen der Abgangsgruppe 29
2.1.2. Synthese mittels Diazotransfer 36
2.1.3. Synthese mittels Azid-Gruppen-Übertragung 43
2.1.4. Synthese über Tetrazenium-Salze 45
2.1.5. Synthese über N-Diazonium-Salze 47
2.2. Synthese von N-Azido-Iminen 67 52
2.2.1. Synthese mittels nucleophiler Substitution 53
2.2.2. Synthese mittels Additionsreaktion 55
2.2.2.1. Vorversuche 56
2.2.2.2. Reaktionssystem nach BALLI et al. 59
2.2.2.3. Weitere Formamid-Derivate 79
2.2.2.4. Weitere Systeme 90
2.3. Synthese von N4O (213) und N4O2 (216) 100
2.4. Synthese von Iod(III)aziden 108
2.4.1. Synthese von Iod(III)monoaziden 108
2.4.2. Synthese von Iod(III)diaziden 110
2.4.3. Synthese von Iod(III)triazid (242) 115
3. Zusammenfassung und Ausblick 120
4. Experimenteller Teil 124
4.1. Arbeitsweisen 124
4.1.1. Sicherheitshinweise zum Umgang mit Aziden 124
4.1.2. Arbeiten unter Inertgas 124
4.1.3. Arbeiten bei tiefer Temperatur 125
4.1.4. Verwendung/Trocknung von Lösungsmitteln 125
4.1.5. NMR-Spektroskopie 125
4.1.6. FT-IR-Spektroskopie 126
4.1.7. in-situ-IR-Spektroskopie 126
4.1.8. HRMS 127
4.1.9. Elementaranalyse 127
4.1.10. Schmelzpunkt 127
4.1.11. Synthese von Methylmethylenimin (117) 127
4.1.12. Synthese von N4O (213) und N4O2 (216) 129
4.2. Synthese der Edukte/Reagenzien 130
4.3. Genutzte, kommerziell verfügbare Chemikalien 131
4.4. Synthesevorschriften 135
4.4.1. Synthese von 1,3,5-Trimethyl-2,3,4,5-tetrahydro-1,3,5-triazinium-
chlorid (116a) 135
4.4.2. Synthese von Methylmethylenimin (117) 136
4.4.3. Synthese von N-Brom-N,N-dimethylamin (121a) 137
4.4.4. Synthese von N,N-Dichlormethylamin (125a) 138
4.4.5. Synthese von Benzoesäuremethylester (131) 139
4.4.6. Synthese von N-Chlor-N-methyl-N-prenylamin (43q) 140
4.4.7. Synthese von 1,1-Dibenzyl-2-tosylhydrazin (137) 141
4.4.8. Synthese von N-Methyl-N-(3-methylbut-2-en-1-yl)hydrazin (54q) 142
4.4.9. Synthese von (E)-1-Methyl-2-(1,1-dimethylprop-2-en-1-yl)diazen (132r) 143
4.4.10. Synthese von 1-((2,4,6-Triisopropylphenyl)sulfonyl)-4,5,6,7,8,9-hexahydro-1H-cycloocta[d]-1,2,3-triazol (141) und 2-((2,4,6-Triisopropylphenyl)sulfonyl)-4,5,6,7,8,9-hexahydro-2H-cycloocta[d]-1,2,3-triazol (142) 144
4.4.11. Synthese von 1,1,1,4,4-Pentamethyltetrazenium-triflat (145a) 146
4.4.12. Synthese von 1-Methyl-4,5,6,7,8,9-hexahydro-1H-cycloocta[d]-1,2,3-
triazol (152) 147
4.4.13. Synthese von N-Thiocyanato-cyclohexylimin (181u) 148
4.4.14. Synthese von 5-Chloro-1-methyl-3,4-dihydro-2H-pyrrol-1-ium
chlorid (185n) 149
4.4.15. Synthese von N-Cyano-N,N-dimethylamin (122) 150
4.4.16. Synthese von N-Azidomethyl-N,N-dimethylamin (48) 151
4.4.17. Synthese von N-Azido-3-ethylbenzothiazol-2-imin (71a) 152
4.4.18. Synthese von 3-Ethyl-N-(4,5,6,7,8,9-hexahydro-1H-cycloocta[d]-1,2,3-triazol-1-yl) benzothiazol-2-imin (196a) 154
4.4.19. Synthese von N'-Azido-N,N-dimethylformamidin (15N4-67a) und N,N-Dimethyl-N'-pentazolyl)formamidin (15N6-199a) 157
4.4.20. Synthese von N-(Azidomethylen)-N-methylmethanaminium-
salzen (15N3-186a) 160
4.4.21. Allgemeine Synthesevorschrift zu den N-Azido-formamidinen (15N3-67), Azido-Iminium-Salzen (15N2-186), Diaziden (15N2-187) und N-Amidino-Pentazolen
(15N4-199) 161
4.4.22. Synthese von 1-Ethyl-2-(4,5,6,7,8,9-hexahydro-2H-cycloocta[d]-1,2,3-triazol-2-yl)pyridin-1-iumsalzen (210q) 168
4.4.23. Synthese von 2-((1,3-Dimethylimidazolidin-2-yliden)triaz-1-en-1-yl)-1,3-dimethyl-4,5-dihydro-1H-imidazol-3-ium-hexafluorophosphat (208s) 170
4.4.24. Synthese von Ethyl-2-(azido(phenyl)iodanyl)-2-diazoacetat (227a) 171
4.4.25. Synthese von 2-Ethoxy-2-oxo-acetonitril (232a) 172
4.4.26. Synthese von Phenyl((trimethylsilyl)oxy)iodanyl-triflat (239a) 173
5. Literaturverzeichnis 174
6. Danksagung 186
7. Anhang 188
7.1. Teil I 189
7.2. Teil II 199
8. Selbstständigkeitserklärung 294
9. Lebenslauf 29
Simulative Untersuchung vibrationsbasierter Ausrichtkonzepte für Rohblechtafeln
No full textFür die effiziente Blechtafelbearbeitung mit hoher Prozesssicherheit und Teilequalität ist die positions- und winkelgenaue Ausrichtung der Rohblechtafeln vor dem Bearbeitungsprozess erforderlich. Dieser Beitrag untersucht vibrationsbasierte Ausrichtkonzepte mittels Mehrkörpersystem-Simulation. Die entwickelten Simulationsmodelle ermöglichen die Charakterisierung und den Vergleich der Konzepte hinsichtlich der Bewegungs- und Ausrichteigenschaften sowie der erforderlichen Antriebskraft.Efficient, reliable, and qualitative sheet metal processing requires both positional and angular alignment of the raw metal sheets prior to the manufacturing process. This paper investigates different vibration-based alignment concepts using a multi-body system simulation. The simulation model is then used to characterize and compare, with respect to the motion and alignment properties as well as the required driving force, the diverse vibration-based alignment concepts
„Gemeinschädlich“ und „nervtötend“ oder „treuer Hund“ und „bester Broterwerber“? Arbeiter/innen und Maschinen in der westsächsischen Textilindustrie, 1790-1914
No full textDie Arbeit unterzieht am Bespiel der westsächsischen Textiindustrie das Verständnis der Industrialisierung im Allgemeinen einer Überprüfung. Wie reagierten die Betroffenen auf die unbestreitbare Technisierung ihrer Arbeitsprozesse? Führte der Einsatz von Maschinen tatsächlich zu einer Abwertung ihrer Qualifikationen, zu einer nervtötenden fremdbestimmten Routinearbeit anstelle der weitgehend selbstbestimmten handwerklichen und Heimarbeit, die vorher dominiert hatte? Oder konnten die Arbeiter/innen ihre Autonomie behaupten, indem sie neue Fertigkeiten im Umgang mit Maschinen entwickelten, und vermochten sie daraus eventuell sogar ein neues Selbstbewusstsein abzuleiten? In theoretischer Perspektive zeigt sich, dass in der Tat viele soziale Beziehungen ohne die Berücksichtigung der Maschinen nicht adäquat verstanden werden können. So lassen sich die Streikbewegungen um 1900 ohne die technische Entwicklung der Zeit nicht hinreichend erklären, und die Maschinenproteste der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts werfen ein Schlaglicht auf die von der Mechanisierung bewirkten sozialen Veränderungen. Entscheidend waren letztlich die Verwendung der Maschinen, die Art und Weise ihrer Integration in bestehende Produktionsabläufe und das gesamtgesellschaftliche Umfeld (Arbeitsmarkt, soziale Absicherung, Bildungswesen etc.).:1. Maschinen und Menschen: ein Problemaufriss
2. Gesellschaft und „Dinge“: der theoretische Rahmen
3. Reviere und Produkte: die westsächsische Textilindustrie
4. Heimarbeiter/innen und Stühle: Weber/innen, Posamentierer/innen,
Strumpfwirker/innen
5. Maschinenproteste in der Frühindustrialisierung, 1816-1858
6. Arbeitsbeziehungen und Fabrikdisziplin
7. Die Maschinenfrage in Politik und Gesellschaft
8. Technischer Fortschritt und Arbeitskämpfe im Kaiserreich
9. Der Crimmitschauer Textilarbeiterstreik im internationalen Vergleich
10. Zusammenfassung: Arbeiter/innen, Maschinen und Industrialisierung
in WestsachsenUsing the example of the West Saxon textile industry, the work aims to reassess our understanding of industrialization in general. How did those affected react to the undeniable mechanization of their work processes? Did the use of machines actually lead to a devaluation of their qualifications, to a nerve-racking externally determined routine work instead of the largely self-determined manual and home work that had dominated before? Or were workers able to assert their autonomy by developing new skills in working with machines, and were they perhaps even able to derive a new self-confidence from this? From a theoretical perspective, it appears that indeed many social relations cannot be adequately understood without taking machines into account. For example, the strike movements around 1900 cannot be adequately explained without considering the technical developments of the time, and the machine protests of the first half of the 19th century shed light on the social changes brought about by mechanization. Ultimately, the decisive factors were the use of the machines, the way they were integrated into existing production processes, and the overall social environment (labor market, social security, education, etc.).:1. Maschinen und Menschen: ein Problemaufriss
2. Gesellschaft und „Dinge“: der theoretische Rahmen
3. Reviere und Produkte: die westsächsische Textilindustrie
4. Heimarbeiter/innen und Stühle: Weber/innen, Posamentierer/innen,
Strumpfwirker/innen
5. Maschinenproteste in der Frühindustrialisierung, 1816-1858
6. Arbeitsbeziehungen und Fabrikdisziplin
7. Die Maschinenfrage in Politik und Gesellschaft
8. Technischer Fortschritt und Arbeitskämpfe im Kaiserreich
9. Der Crimmitschauer Textilarbeiterstreik im internationalen Vergleich
10. Zusammenfassung: Arbeiter/innen, Maschinen und Industrialisierung
in Westsachse
Elektro-optische Spektroskopie an Ladungstransferzuständen organischer Solarzellen im Gleichgewicht
No full textHalbleiter aus organischen Molekülen sind aufgrund ihres hervorragenden Absorptionsverhaltens vielversprechende Funktionsmaterialien für den Einsatz in der Photovoltaik. Dank neuester Entwicklungen konnte auch der Wirkungsgrad organischer Solarzellen mit bis zu 20% zu alternativen photovoltaischen Systemen, wie zum Beispiel anorganisch-organischer Perovskit-Solarzellen, aufschließen. Im Allgemeinen werden in organischen Molekülen zunächst stark gebundene Elektron-Loch-Paare durch absorbierte Photonen angeregt. Erst nach einer Verkleinerung der Bindungsenergie lassen sich die beiden Ladungsträger effizient voneinander trennen und extrahieren. In organischen Solarzellen hat sich dafür eine heterogene Vermischung von zwei molekularen Halbleitern mit unterschiedlicher Elektronenaffinität etabliert: An der Grenzfläche zwischen den Materialphasen kommt es zu einem Elektronentransfer von Donator- zu Akzeptormolekülen. Diese schwach gebundenen Ladungstransferzustände definieren die elektrische Leistung der Solarzelle, in dem sie einen hohen Photostrom ermöglichen, gleichzeitig aber einen Spannungsverlust aufgrund der verringerten Energie der Ladungsträger verursachen. Insbesondere hat die energetische Mikroumgebung an Donator-Akzeptor-Grenzfläche einen großen Einfluss auf das makroskopisch abgefasste, elektrische Potential der gesamten organischen Solarzelle. Hier setzt diese Arbeit an, indem der Einfluss von statischer energetischer Unordnung und dynamischer Reorganisation auf den Ladungstransfer untersucht wird. Der Fokus liegt dabei auf Beobachtung organischer Solarzellen im thermischen Gleichgewicht. Mit spektroskopischen Untersuchungen des Absorptionsverhaltens sowie der Photoemission unter Injektionsbedingungen werden die energetischen Eigenschaften der Ladungstransferzustände sichtbar gemacht. Dabei werden konsequent temperaturabhängige Methoden zum Einsatz gebracht und in Verbindung zu einer exakten Bestimmung der maximalen Leerlaufspannung der Solarzellen gesetzt. Um fehlerhafte Interpretationen der vermessenen Spektren auszuschließen liegt ein Schwerpunkt auf der Überprüfung der Solarzellentemperatur anhand der elektro-optischen Reziprozitätsrelation, deren Gültigkeit für organische Solarzellen hier über einen Temperaturbereich von 175 K nachgewiesen wird. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass spektrale Merkmale, welche bislang der statischen Unordnung zugeschrieben wurden, sich allein mit dynamischer Reorganisation der molekularen Umgebung erklären lassen. Für das Design von Funktionsmaterialien bedeutet die Dominanz von dynamischen Prozessen, dass die gezielte Variation von molekularen Strukturen erfolgversprechender für die Optimierung des Ladungstransfers ist, als Eingriffe in die morphologisch bedingte Unordnung. Im Weiteren wird in dieser Arbeit der Einfluss von charakteristischen Polymerattributen auf den Ladungstransfer untersucht, sowie Modellerweiterungen für Ladungstransferzustände diskutiert, welche noch vorhandene Widersprüche zwischen Theorie und Messungen aufklären könnten