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Über die Darstellung homo- und heterobimetallischer Zinn(II)-oxidocluster
Get PDFDie vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von Zinn(II)-alkoxiden und deren gezielter Hydrolyse zu homoleptischen fünf- und sechskernigen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern sowie der Darstellung polynuklearer heterobimetallischer Zinn(II)-oxidoalkoxidocluster mit Wolframhexacarbonyl und Dieisennonacarbonyl. Neben der Synthese und Charakterisierung wurden Austauschexperimente in Lösung zwischen verschiedenen homoleptischen hexanuklearen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern sowie Zinn(II)-alkoxiden und Alkoholen mit sechskernigen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern durchgeführt und NMR-spektroskopisch untersucht. Aggregationsuntersuchungen von fünfkernigen zu sechskernigen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern durch partielle Hydrolyse wurden ebenfalls NMR-spektroskopisch verfolgt. Die Umsetzung eines Germanium(II)-alkoxides mit einem Übergangsmetallcarbonyl in Gegenwart von Wasser führte zur Bildung eines heterobimetallischen, anorganischen, adamantanähnlichen Germanium(II)-oxidohydroxidoclusters. Des Weiteren wurde versucht einen homologen, sechskernigen Germanium(II)-oxidocluster durch partielle Hydrolyse darzustellen. Die Charakterisierung der in dieser Arbeit beschriebenen Zinn(II)-alkoxide und Zinn(II)-oxidoalkoxidocluster erfolgte mittels NMR-Spektroskopie in Lösung und im Festkörper, IR-Spektroskopie, Elementaranalyse, Einkristallröntgenstrukturanalyse und Pulverröntgendiffraktometrie (PXRD)
Preference versus Performance in Automated Driving: A Challenge for Method Development
Get PDFDas automatisierte Fahren hat bereits den Weg auf den kommerziellen Markt geschafft und weiterer Fortschritt kann in naher Zukunft erwartet werden. Das Level 3 des automatisierten Fahrens verspricht steigende Sicherheit, Komfort und Verkehrseffizienz. Für den menschlichen Fahrer sind diese Funktionen und damit einhergehende Nutzerschnittstellen eine neuartige Technologie. Im Bereich Human Factors stehen Forschung und Entwicklung vor zwei Herausforderungen, welche (1) der Entwurf von intuitiven und einfach bedienbaren Nutzerschnittstellen und (2) die Entwicklung von Methoden zur Bewertung ebendieser sind. Bei der Bewertung von Technologie wurde bereits häufig auf die sogenannte Preference-Performance Dissoziation aufmerksam gemacht. Diese beschreibt das Ergebnis von Nutzerstudien, in denen die Präferenz (Selbstbericht) der Nutzer nicht mit deren Leistung (beobachtbares Verhalten) übereinstimmt. Dieses Phänomen stellt eine Gefährdung für die Bewertung von Nutzerschnittstellen beim automatisierten Fahren dar. Aufgrund dessen berichtet die vorliegende Dissertation zunächst Untersuchungen zur Messbarmachung von Präferenz und Leistung. Zudem wurde das Verständnis von automatisierten Systemen (mentales Modell) als ein wichtiger Einflussfaktor zur Entstehung des beobachtbaren Verhaltens angenommen und mit in die Arbeiten eingeschlossen. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse der Messbarmachung widmete sich der zweite Teil der Dissertation den Faktoren, die einen Einfluss auf das Entstehen von Präferenz und/oder Leistung ausüben. Untersuchte Faktoren waren die Anzahl an Wiederholungen von Anwendungsfällen, Rückmeldung zur Bedienleistung, Nutzerschulung und eine statistische post-hoc Analyse. Um die Ziele der Messbarmachung und Einflussnahme zu erreichen wurden drei Fahrsimulatorstudien mit insgesamt N=225 Probanden durchgeführt. Die Haupterkenntnisse waren (1) die Entwicklung einer differenzierten Empfehlung von Fragebögen zur Erfassung der Nutzerpräferenz. Außerdem (2) wurden Erkenntnisse der Entwicklung von Verhaltensmaßen über die Zeit sowie deren Zusammenhang zu Präferenzmaßen gewonnen. Betreffend der mentalen Modelle (3) zeigte die vorliegende Arbeit, dass es wiederholter Interaktion bedarf, damit diese sich korrekt entwickeln. Außerdem kann das Verständnis durch Blickverhaltensmaße erfasst werden. Zusätzlich (4) zeigte sich, dass Leistungsrückmeldung Präferenz, nicht aber Leistung selbst beeinflussen kann. Im Gegensatz dazu (5) wirkt sich Nutzerschulung positiv auf die Korrektheit mentaler Modelle und nachfolgend der Nutzerleistung selbst aus, lässt aber Präferenzmaße unbeeinflusst. Abschließend zeigte sich, dass (6) Nutzer verschiedener Leistungsstufen ähnliche Präferenzurteile fällen. Der theoretische Beitrag der vorliegenden Arbeit liegt in den Einblicken in die Entstehung der beiden Datenquellen der Preference-Performance Dissoziation wodurch diese erklärt und vorhergesagt werden kann. Der praktische Beitrag liegt in der Anwendung der Arbeit zur Messbarmachung von Variablen und Empfehlung zum Studiendesign hinsichtlich Anzahl an Messwiederholungen und Nutzerschulung. Abschließend betreffen die hier gewonnenen Erkenntnisse nicht nur die Bewertung von Nutzerschnittstellen beim automatisierten Fahren, sondern können auch auf andere Automationsbereiche der Mensch-Maschine Interaktion wie beispielsweise Luftfahrt, Robotik oder Medizintechnik übertragen werden.Driving automation systems have already entered the commercial market and further advancements will be introduced in the near future. Level 3 automated driving systems are expected to increase safety, comfort and traffic efficiency. For the human driver, these functions and according human-machine interfaces are a novel technology. In the human factors domain, research and development faces two challenges which are (1) the conceptualization of intuitive and easy to use interfaces and (2) the development of a methodological framework to evaluate these interfaces. In technology evaluation, a methodological phenomenon has frequently been reported which is called the preference-performance dissociation. It describes the outcome of studies where users' preference (i.e., self-report) does not match their performance (i.e., interaction behavior). This phenomenon poses a threat to the evaluation of automated vehicle HMIs. Therefore, the present thesis first reports investigations on how to operationalize both performance and preference. Moreover, the understanding (i.e., mental model) of automated vehicle HMIs was hypothesized as an influential precursor of performance and included in the present work. Using the insights of the operationalization part, the second part of the thesis aimed at finding out about factors that exert influence on preference and/or performance. Investigated factors were the number of use case repetitions, feedback on operator performance, user education and a post-hoc statistical analysis. To reach the operationalization and variation aims, three driving simulator studies with a total of N=225 participants were conducted. The main outcomes were that (1) a sophisticated recommendation regarding preference questionnaire application could be given. Furthermore, (2) insights into the development of behavioral measures over time and their relation to a satisfaction measure could be given. Concerning mental models, (3) the present work showed that it takes repeated interaction to evolve accurately and gaze measures could also be used for capturing these processes. In addition, (4) feedback on operator performance was found to influence preference but not performance while (5) user education increased understanding and subsequent performance but did not affect preference. Eventually it showed that (6) users of different performance levels report similar preference. The theoretical contribution of this work lies in insights into the formation of the two sources of data and its potential to both explain and predict the preference-performance dissociation. The practical contribution lies in the recommendation for research methodology regarding how to operationalize measures and how to design user studies concerning the number of use cases and user education approaches. Finally, the results gained herein do not only apply to automated vehicle HMIs but might also be generalized to related domains such as aviation, robotics or health care
Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Analyse der umformtechnischen Herstellung metallischer Bipolarplatten
Get PDFUm die wirtschaftliche Relevanz von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEM-FC) als alternatives Antriebskonzept zu stärken, befasst sich die vorliegende Arbeit mit der umformtechnischen Fertigung der metallischen Bipolarplatte als eine der benötigten Teilkomponenten. Bipolarplatten werden in hoher Stückzahl innerhalb von Brennstoffzellenstapeln benötigt und sind aufgrund der hohen geometrischen, physikalischen und chemischen Anforderungen einer der wesentlichen Kostentreiber. Zur Senkung der Produktions- und Stückkosten bei der Herstellung von Bipolarplatten liegt der Fokus der Arbeit darin einen Beitrag zur Lösung damit verbundener Herausforderungen zu leisten. Zunächst erfolgte dazu die Entwicklung eines schnellen und flexiblen numerischen Berechnungsmodells zum Tiefziehen eines 0,1 mm dicken aus 1.4404-Edelstahl gefertigten Vorversuchsmusters. Die Basis bildete ein Vergleich mehrerer Modellaufbauten in verschiedenen umformtechnischen FE-Programmen. Durch eine umfassende Materialcharakterisierung und die Verifikation mit experimentellen Versuchen sowie dem Einsatz eines daraufhin entwickelten Sicherheitsfaktors gelang die Auswahl des bestmöglich geeigneten Setups. Mit Hilfe des kalibrierten numerischen Berechnungsmodells konnte die Optimierung der Fertigung des Vorversuchsmusters und nachfolgend die Überführung in die Herstellung eines als mögliche Bipolarplatte funktionsfähigen Forschungsfunktionsmusters umgesetzt werden. Da die Qualität des Bauteils im wesentlichen Maße vom verwendeten Halbzeug abhängt, erfolgte anschließend die Analyse der Auswirkung bei der Verwendung verschiedener Gefügezustände des bereits vorab genutzten 1.4404-Edelstahls. Die durch die Größeneffekte in Wechselwirkung auftretenden Mechanismen bei der Umformung von Halbzeugen der Dicke 0,1 mm wurden mit einem breiten Spektrum von Analyseverfahren wie Röntgendiffraktometrie und Elektronenrückstreubeugung untersucht. Basierend auf den Ergebnissen erfolgte die Auswahl eines für die Fertigung metallischer Bipolarplatten verbesserten Halbzeugzustands, welcher dem aktuell eingesetzten Standard-Ausgangszustand widerspricht. Als finaler Forschungsgegenstand erfolgte der erstmalige Einsatz des Walzformverfahres zur Herstellung relevanter abgeschlossener Bipolarplatten-Kanalstrukturen. Die numerische und experimentelle Umsetzung und die darauf aufbauende Optimierung einer kontinuierlichen Bipolarplattenfertigung zeigt im experimentellen Maßstab ein hohes Potential für eine wirtschaftliche Umsetzung in der Serienfertigung. Die innerhalb der Arbeit erlangten Ergebnisse ermöglichen zusammen einen weiteren Schritt zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von Bipolarplatten und somit ferner von PEM-Brennstoffzellen.To strengthen the economical relevance of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEM-FC) as an alternative drive solution, this doctoral thesis deals with the manufacturing of metallic bipolar plates by forming. Bipolar plates are required in a high amount within fuel cell stacks and the enhanced geometrical, physical and chemical demands make them to one of the most costly parts. To decrease the production costs and the costs per unit, the purpose of the thesis is a contribution to finding a solution for the related challenges. At first, the development of a fast and flexible numerical calculation tool for the deep drawing of preliminary test samples made from 316L-foils with a thickness of 0.1 mm was conducted. The fundamentals were set through a comparison between multiple model setups within different finite-element programs which are specialized in forming operations. With the help of a comprehensive material characterization and the verification with experimental tests as well as the development of a safety factor, the most suitable model was chosen. With the calibrated numerical model the process of forming the preliminary test samples was optimized followed by the transfer of the findings to the manufacturing process of an enhanced test sample which includes all of the functionalities as they can be found within operable bipolar plates. As the quality of the manufactured parts essentially depends on the used semi-finished product, an evaluation of effects caused by variating microstructures from the previously used 316L stainless steel was implemented. The specific mechanisms which appear during the forming process of 0.1 mm metal foils and which were caused by size effects were characterized by a wide spectrum of analytical methods like X-ray diffraction and electron backscatter diffraction. Based on the results an optimized initial state of the semi-finished product was determined, which contradicts the state of the art that is currently being used for the forming of metallic bipolar plates. The final object of research was conducted with the first-time application of a roll-forming process to produce geometrical relevant closed bipolar plate channel contours. The numerical and experimental tests followed by an optimization of the continuous bipolar plate rolling show a high potential for an economical realization of a series production. The results gained from this thesis enable a further step towards an increase of economic efficiency in the production of metallic bipolar plates and further PEM fuel cells
Kompetent führen! Aber wie? Entwicklung und Validierung des Führungskompetenzmessverfahrens „LeadPuls“
Get PDFAngesichts steigender Anforderungen an Führungskräfte in einem zunehmend dynamischen Umfeld verändert sich die klassische Führungskräfteentwicklung hin zu einem strategischen Kompetenzmanagement. Führungskompetenzmodelle gewinnen an Bedeutung. Es mangelt jedoch an theoretisch und empirisch fundierten Modellen, die gleichzeitig praxistauglich sind. Um diese Lücke zu adressieren, wurde LeadPuls entwickelt – ein Führungskompetenzmodell mit dazugehörigem Messverfahren. Dabei wurden relevante Führungstheorien sowie zukünftig wichtige Führungsanforderungen in einem anwendungsbezogenen Ansatz integriert. Das LeadPuls-Verfahren wurde in einer Feldstudie (N = 335) und einer unabhängigen Online-Stichprobe (N = 207) psychometrisch geprüft. Die theoretisch abgeleitete vierdimensionale Struktur wurde weitgehend bestätigt. Die internen Konsistenzen der Gesamtskala (31 Items) und der einzelnen (Sub-)Dimensionen lagen im befriedigenden bis sehr guten Bereich.
Erwartungskonforme, bedeutsame Zusammenhänge zum Leader Member Exchange sowie zu subjektiven (z. B. Arbeitszufriedenheit) und objektiven (z. B. Krankheitsquote) Ergebniskriterien liefern erste Belege für die Validität. LeadPuls kann als valides und ökonomisches Instrument zur Diagnose und Entwicklung universeller Führungskompetenzen eingesetzt werden
Fine motor performance and motor learning in older adults: Neurophysiological processes, effects of acute exercise, and association with physical fitness
No full textAlthough fine motor performance declines with increasing age, older adults are able to improve their performance with motor practice. However, existing studies show mixed results regarding an effect of age on the amount of learning. Moreover, less is known about how age- and learning dependent behavioral changes are reflected on a neurophysiological level. Alpha and, especially, beta power assessed using electroencephalography (EEG) represent reliable markers of neurophysiological processes during motor task performance that need more attention in aging literature. Moreover, acute cardiovascular exercise has been shown to improve motor performance and trigger motor learning processes in young adults. However, this promising approach has not been considered in aging literature so far. Furthermore, the physical fitness level seems to be positively associated with motor performance and motor learning processes. But again, less is known about this association in healthy older adults. Both approaches might help to better understand or even counteract age-related changes in fine motor performance and motor learning.
To explore these research topics, two empirical studies were conducted within this dissertation project. In both studies, motor performance and motor learning were assessed on a behavioral level using a precision grip force modulation task. The force modulation task required participants to match a visually presented sinusoidal target force by applying isometric force with the thumb and index finger to a force plate. Processes on a neurophysiological level were measured with an EEG and analyzed with a main focus on (alpha and) beta power. Study 1 aimed to further characterize age-related differences in fine motor performance and motor learning on a behavioral and neurophysiological level. Furthermore, key influencing factors that determine fine motor performance and motor learning in older adults on a behavioral level were investigated. Hence, a sample of young adults and older adults performed a short-term motor learning session, conducted a cardiovascular fitness test, motor fitness tests, and strengths tests. Study 2 focused on the effects of a session of acute exercise on fine motor performance and motor learning in a sample of healthy older adults. Participants were assigned to an experimental group (performing a session of acute cardiovascular moderate intensity exercise on a stationary bicycle) or a control group (listening to an audiobook). Both groups performed a motor learning experiment over two consecutive days.
Young adults outperformed older adults in terms of performance variability, temporal precision, and force precision in the force modulation task. The lower behavioral performance was accompanied by higher beta activity in parietal and occipital areas. Although results were different with respect to the analyzed parameter, overall, the amount of motor learning in the force modulation task was not diminished in older adults compared to young adults. Beta power during motor performance was not affected by motor practice. However, beta power at rest increased from pre practice to post practice, especially in older adults. Fine motor performance of older adults was increased more directly after an acute cardiovascular exercise session than after rest. Moreover, frontal beta activity was higher directly after exercise, pointing to better cognitive resources to perform the task after exercise than after rest. Third, a high cardiovascular fitness level predicted a good fine motor performance in the force modulation task in older adults.
Findings of the current dissertation project enhance the understanding of age-related changes in fine motor performance and motor learning using a precision grip force modulation task. Furthermore, approaches are presented that counteract age-related changes, improve motor functions, and determine good levels of fine motor performance in healthy older adults
Investigation of multicomponent catalyst systems for type-selective growth of SWCNTs by CVD
No full textExcellent electronic properties of semiconducting single-walled carbon nanotubes (sc-SWCNTs) motivated the investigation for using them in different application areas such as microelectronics, sensorics, MEMS and MOEMS. However, challenges arise from the lack of selectivity with respect to electronic type and chirality as well as ensuring high quality, high purity and well-aligned SWCNTs during fabrication process. Catalytic chemical vapour deposition (CCVD) has shown great potential in direct synthesis of high quality SWCNTs with chiral or type selectivity.
This thesis addresses three important aspects for growth of sc-SWCNT covering method development for fast screening for complex catalyst systems, process development for type-selective growth of SWCNTs and transfer of processes to a specific CVD reactor capable to scale the processes up to 8-inches wafer embedded in the microtechnologic process line. Multi-wavelengths Raman spectroscopy is applied to analyze type and chiral compositions of SWCNTs. In addition, different microscopic techniques of SEM, TEM and AFM are utilized to analyze surface morphology of catalyst layers and size of the nanoparticles as well as structure-related properties of SWCNTs. Initially, systematic studies on monometallic Co and bimetallic Co-Mo systems with different bilayer thickness configurations and their influences on the properties of grown SWCNTs are conducted on chip level. It is shown by adjusting the catalyst deposition conditions of bilayer catalyst as well as optimization of gas environments in CCVD process, structure-related properties of SWCNTs are dramatically enhanced. Furthermore, by utilizing shutter-assisted sputter deposition of gradient layer catalyst, a fast and efficient method for screening different bilayer configurations of Co-Mo, Co-Ru and Ni-Ru has been developed. By utilizing gradient layer deposition with finely resolved catalyst thicknesses, random network SWCNT is grown on bimetallic Co-Mo system under certain process condition with 45% (at 633 nm) and 75% (at 785 nm) semiconducting enrichment of long and high quality SWCNT. In contrast, bimetallic Co-Ru system under certain process condition is developed to grow in-plane SWCNT with 85% (at 633 nm) and 75% (at 785 nm) semiconducting enrichment of short and low quality SWCNT. In addition, different configurations of the bimetallic Co-Ru system are prepared from salt precursors by spin-coating technique. For a mixture of cobalt (II) chloride and ruthenium (III) nitrosylacetate, random network SWCNT with 70% (at 633 nm) and 95% (at 785 nm) semiconducting enrichment of long SWCNTs with high quality is obtained on wafer level. Random network SWCNT with high degree of semiconducting enrichment is used as channel material for thin-film transistors fabrication that results in CNTFET with on/off ratio in the order of 10*3:Bibliographic description 3
Vorwort 9
List of abbreviations and symbols 11
1 Introduction 15
2 Fundamentals of carbon nanotubes 21
2.1 Chemical bonds in carbon structures 21
2.2 Different allotropes of carbon 22
2.3 History of carbon nanotubes research 23
2.4 Structure of carbon nanotubes 24
2.5 Electronic properties of carbon nanotubes 26
2.6 Synthesis of carbon nanotubes 27
2.7 Growth mechanism of carbon nanotubes by CCVD 29
2.8 Catalyst for CCVD synthesis of SWCNTs 31
2.8.1 Catalyst nanoparticle formation from thin film 32
2.8.2 Mechanism of solid state dewetting 33
2.9 CCVD synthesis of SWCNT 35
2.10 Selective synthesis of SWCNT 37
3 Experimental 39
3.1 Preparation of different catalyst/support systems 39
3.1.1 Homogenous layer of catalyst prepared by PVD 39
3.1.2 Gradient layer deposition of catalyst by IBSD 41
3.1.3 Homogenous layer of catalyst prepared by spin coating 45
3.2 CVD reactors for synthesis of SWCNT 46
3.2.1 R&D vertical flow CVD reactor with showerhead 46
3.2.2 Industrial vertical flow CVD reactor with showerhead 47
3.2.3 Horizontal flow tube CVD reactor 49
3.3 Methods for characterization 50
3.3.1 Atomic force microscopy 50
3.3.2 Raman spectroscopy 50
3.3.3 Spectroscopic ellipsometry 56
3.3.4 X-ray reflection 56
3.3.5 Scanning electron microscopy 56
3.3.6 Transmission electron microscopy 56
4 Growth of SWCNT using PVD catalyst layer in vertical CVD reactor A 57
4.1 Monometallic Co catalyst supported on SiO2 57
4.1.1 Surface and morphological analysis of SiO2/Co 57
4.1.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on SiO2/Co 59
4.1.3 Chirality and diameter analysis of SWCNTs on SiO2/Co 61
4.2 Monometallic Co catalyst supported on Al2O3 62
4.2.1 Surface and morphological analysis of Al2O3/Co 62
4.2.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on Al2O3/Co 63
4.2.3 Chirality and diameter analysis of SWCNTs on Al2O3/Co 67
4.3 Bimetallic Co-Mo catalyst supported on Al2O3 68
4.3.1 Surface and Morphological analysis of Al2O3/Co-Mo 68
4.3.2 Effect of IBSD deposition parameters on NP formation 71
4.3.3 Analysis of CCVD grown SWCNT on Al2O3/Co-Mo 72
4.3.4 Chirality and diameter analysis of SWCNTs on Al2O3/Co-Mo 76
4.4 Comparison of SWCNT from different catalyst configurations 77
5 Growth of SWCNT using gradient layer of catalyst 79
5.1 Analysis of grown SWCNT on Co-Mo using step gradient A 79
5.2 Analysis of grown SWCNT on Co-Mo using step gradient B 80
5.2.1 Growth of SWCNT by utilizing shutter at position I 80
5.2.2 Growth of SWCNT by utilizing shutter at position II 82
5.2.3 Effect of vacuum breaking on CCVD growth of SWCNT 83
6 Growth of SWCNT using gradient layer catalyst in vertical CVD reactor B 87
6.1 SWCNT growth on gradient layer of monometallic catalyst 87
6.1.1 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Co 87
6.1.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Ni 89
6.1.3 Comparison of SWCNT properties for monometallic of Ni and Co 90
6.2 SWCNT growth on gradient layer of bimetallic catalyst 92
6.2.1 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Co-Mo 92
6.2.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Co-Ru 95
6.2.3 Comparison of SWCNTs on Co-Mo and Co-Ru catalyst systems 98
6.2.4 Analysis of CCVD grown SWCNTs on gradient layer of Ni-Ru 100
7 Growth of SWCNT using spin-coated catalyst precursor in horizontal CVD reactor 103
7.1 Effect of CCVD growth temperature on SWCNT properties 103
7.2 Effect of catalyst calcination temperature on SWCNT properties 103
7.3 Analysis of CCVD grown SWCNT on Co and Co-Ru 105
7.3.1 Monolayer configuration of different Co precursors 105
7.3.2 Bilayer configuration of Co and Ru precursors 106
7.3.3 Trilayer configuration of Co and Ru precursors 107
7.3.4 Monolayer configuration of Mixture Co and Ru precursors 109
7.3.5 Comparison of SWCNTs on different catalyst configurations 110
8 Growth of SWCNT using spin-coated catalyst precursor in vertical CVD reactor B 113
8.1 Growth of SWCNT on Mixture of Co and Ru precursors 113
8.2 Effect of CVD reactor geometry on SWCNT properties 115
8.3 Effect of catalyst preparation technique on SWCNT properties 116
8.4 Wafer-level growth of SWCNT on bimetallic Co-Ru 117
9 SWCNT-based device fabrication 119
9.1 Different approaches for SWCNT-based device fabrication 119
9.2 Growth-based technique for SWCNT-based device fabrication 121
9.2.1 FET fabrication on in-plane random network SWCNT 121
9.2.2 FET fabrication on out-of-plane random network SWCNT 123
10 Summary and outlook 127
Appendix 131
Bibliography 171
List of tables 183
List of figures 185
Versicherung 197
Theses 199
Curriculum vitae 201
List of publications 203Die hervorragenden elektronischen Eigenschaften von halbleitenden, einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren (sc-SWCNTs haben die Untersuchung dazu veranlasst, sie in verschiedenen Anwendungsbereichen wie der Mikroelektronik, Sensorik, MEMS und MOEMS einzusetzen. Herausforderungen ergeben sich jedoch aus dem Mangel an Selektivität bezüglich elektronischer Bauart und Chiralität sowie der Sicherstellung hoher Qualität, hoher Reinheit und gut aufeinander abgestimmter SWCNTs während des Herstellungsprozesses. Die Katalytische chemische Gasphasenabscheidung (CCVD) zeigt ein großes Potenzial bei der direkten Synthese von hochqualitativen SWCNTs mit Chiraler- oder Typenselektivität.
Diese Dissertation behandelt drei wichtige Aspekte für das Wachstum von sc-SWCNT und deckt die Methodenentwicklung des schnellen Screenings für komplexe Katalysatorsysteme, die Prozessentwicklung für das typselektive Wachstum von SWCNTs und die Übertragung von Prozessen in einen spezifischen CVD-Reaktor ab. Der Reaktor, welcher eingebettet in die mikrotechnologische Prozesslinie ist, kann Wafer bis zu 8- Zoll verarbeiten. Raman-Spektroskopie mit mehreren Wellenlängen wird verwendet, um die Zusammensetzung von SWCNTs zu analysieren. Darüber hinaus werden verschiedene mikroskopische Techniken von REM, TEM und AFM verwendet, um die Oberflächenmorphologie von Katalysatorschichten und die Größe der Nanopartikel sowie die strukturbezogenen Eigenschaften von SWCNTs zu analysieren. Zunächst werden systematische Untersuchungen an monometallischen Co- und Bimetall-Co-Mo-Systemen mit unterschiedlichen Doppelschichtdickenkonfigurationen durchgeführt und deren Einfluss auf die Eigenschaften gewachsener SWCNTs auf Chipebene untersucht. Es wird gezeigt, dass durch Einstellung der Katalysatorabscheidungsbedingungen des Doppelschichtkatalysators sowie durch Optimierung der Gasumgebung im CCVD-Prozess die strukturbezogenen Eigenschaften von SWCNTs drastisch verbessert werden können. Darüber hinaus wurde durch die Verwendung eines Gradientenschichtkatalysators, welcher mittels einer Shutter-unterstützten Zerstäubungsabscheidung hergestellt wurde, ein schnelles und effizientes Verfahren zum Untersuchen verschiedener Doppelschichtkonfigurationen von Co-Mo, Co-Ru und Ni-Ru entwickelt. Unter Verwendung der Abscheidung einer Gradientenschicht mit einer fein aufgelösten Katalysatordicke wurden ungerichtete SWCNTs auf einem bimetallischen Co-Mo-System unter definierten Prozessbedingungen mit 45% (bei 633 nm) und 75% (bei 785 nm) halbleitender Anreicherung von langem und hochwertigem SWCNT gezüchtet. Im Gegensatz dazu wird das bimetallische Co-Ru-System unter definierten Prozessbedingungen entwickelt, um SWCNT in der Ebene mit 85% (bei 633 nm) und 75% (bei 785 nm) halbleitender Anreicherung von kurzer und geringer Qualität von SWCNT zu wachsen. Außerdem werden verschiedene Konfigurationen des Bimetall-Co-Ru-Systems aus Salzvorläufern durch Spin-Coating-Technik hergestellt. Es zeigt sich für die Bimetallkonfiguration, die durch Mischung von Cobalt (II) -chlorid und Ruthenium (III) -nitrosylacetat, ein zufälliges Netzwerk SWCNT zu 70% (bei 633 nm) und 95% (bei 785 nm) halbleitender Anreicherung langer SWCNTs mit hohem Anteil hergestellt wurde Qualität wird auf Waferebene gewachsen. Ein zufälliges Netzwerk-SWCNT mit einem hohen Grad an halbleitender Anreicherung wird als Kanalmaterial für die Herstellung von Dünnschichttransistoren verwendet, was zu einem CNTFET mit einem Ein / Aus-Verhältnis um 10*3 führte.:Bibliographic description 3
Vorwort 9
List of abbreviations and symbols 11
1 Introduction 15
2 Fundamentals of carbon nanotubes 21
2.1 Chemical bonds in carbon structures 21
2.2 Different allotropes of carbon 22
2.3 History of carbon nanotubes research 23
2.4 Structure of carbon nanotubes 24
2.5 Electronic properties of carbon nanotubes 26
2.6 Synthesis of carbon nanotubes 27
2.7 Growth mechanism of carbon nanotubes by CCVD 29
2.8 Catalyst for CCVD synthesis of SWCNTs 31
2.8.1 Catalyst nanoparticle formation from thin film 32
2.8.2 Mechanism of solid state dewetting 33
2.9 CCVD synthesis of SWCNT 35
2.10 Selective synthesis of SWCNT 37
3 Experimental 39
3.1 Preparation of different catalyst/support systems 39
3.1.1 Homogenous layer of catalyst prepared by PVD 39
3.1.2 Gradient layer deposition of catalyst by IBSD 41
3.1.3 Homogenous layer of catalyst prepared by spin coating 45
3.2 CVD reactors for synthesis of SWCNT 46
3.2.1 R&D vertical flow CVD reactor with showerhead 46
3.2.2 Industrial vertical flow CVD reactor with showerhead 47
3.2.3 Horizontal flow tube CVD reactor 49
3.3 Methods for characterization 50
3.3.1 Atomic force microscopy 50
3.3.2 Raman spectroscopy 50
3.3.3 Spectroscopic ellipsometry 56
3.3.4 X-ray reflection 56
3.3.5 Scanning electron microscopy 56
3.3.6 Transmission electron microscopy 56
4 Growth of SWCNT using PVD catalyst layer in vertical CVD reactor A 57
4.1 Monometallic Co catalyst supported on SiO2 57
4.1.1 Surface and morphological analysis of SiO2/Co 57
4.1.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on SiO2/Co 59
4.1.3 Chirality and diameter analysis of SWCNTs on SiO2/Co 61
4.2 Monometallic Co catalyst supported on Al2O3 62
4.2.1 Surface and morphological analysis of Al2O3/Co 62
4.2.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on Al2O3/Co 63
4.2.3 Chirality and diameter analysis of SWCNTs on Al2O3/Co 67
4.3 Bimetallic Co-Mo catalyst supported on Al2O3 68
4.3.1 Surface and Morphological analysis of Al2O3/Co-Mo 68
4.3.2 Effect of IBSD deposition parameters on NP formation 71
4.3.3 Analysis of CCVD grown SWCNT on Al2O3/Co-Mo 72
4.3.4 Chirality and diameter analysis of SWCNTs on Al2O3/Co-Mo 76
4.4 Comparison of SWCNT from different catalyst configurations 77
5 Growth of SWCNT using gradient layer of catalyst 79
5.1 Analysis of grown SWCNT on Co-Mo using step gradient A 79
5.2 Analysis of grown SWCNT on Co-Mo using step gradient B 80
5.2.1 Growth of SWCNT by utilizing shutter at position I 80
5.2.2 Growth of SWCNT by utilizing shutter at position II 82
5.2.3 Effect of vacuum breaking on CCVD growth of SWCNT 83
6 Growth of SWCNT using gradient layer catalyst in vertical CVD reactor B 87
6.1 SWCNT growth on gradient layer of monometallic catalyst 87
6.1.1 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Co 87
6.1.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Ni 89
6.1.3 Comparison of SWCNT properties for monometallic of Ni and Co 90
6.2 SWCNT growth on gradient layer of bimetallic catalyst 92
6.2.1 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Co-Mo 92
6.2.2 Analysis of CCVD grown SWCNT on gradient layer of Co-Ru 95
6.2.3 Comparison of SWCNTs on Co-Mo and Co-Ru catalyst systems 98
6.2.4 Analysis of CCVD grown SWCNTs on gradient layer of Ni-Ru 100
7 Growth of SWCNT using spin-coated catalyst precursor in horizontal CVD reactor 103
7.1 Effect of CCVD growth temperature on SWCNT properties 103
7.2 Effect of catalyst calcination temperature on SWCNT properties 103
7.3 Analysis of CCVD grown SWCNT on Co and Co-Ru 105
7.3.1 Monolayer configuration of different Co precursors 105
7.3.2 Bilayer configuration of Co and Ru precursors 106
7.3.3 Trilayer configuration of Co and Ru precursors 107
7.3.4 Monolayer configuration of Mixture Co and Ru precursors 109
7.3.5 Comparison of SWCNTs on different catalyst configurations 110
8 Growth of SWCNT using spin-coated catalyst precursor in vertical CVD reactor B 113
8.1 Growth of SWCNT on Mixture of Co and Ru precursors 113
8.2 Effect of CVD reactor geometry on SWCNT properties 115
8.3 Effect of catalyst preparation technique on SWCNT properties 116
8.4 Wafer-level growth of SWCNT on bimetallic Co-Ru 117
9 SWCNT-based device fabrication 119
9.1 Different approaches for SWCNT-based device fabrication 119
9.2 Growth-based technique for SWCNT-based device fabrication 121
9.2.1 FET fabrication on in-plane random network SWCNT 121
9.2.2 FET fabrication on out-of-plane random network SWCNT 123
10 Summary and outlook 127
Appendix 131
Bibliography 171
List of tables 183
List of figures 185
Versicherung 197
Theses 199
Curriculum vitae 201
List of publications 20
Fake Science und was Bibliotheken dagegen tun können
Get PDF»Fake Science« ist eine von vielen Bezeichnungen für gefälschte oder manipulierte Wissenschaft. Wie andere Begriffe, die auf das Attribut »Fake« zurückgreifen, ist auch dieser jüngst von Umdeutungen betroffen. So machte sich die breit inszenierte Medienberichterstattung des Jahres 2018 zu unseriösen Zeitschriftenverlagen den Fake-Science-Begriff für das Phänomen »Predatory Publishing« großzügig zu eigen. Diese rhetorische Aneignung trägt zu sprachlicher Unschärfe bei, lenkt vom Kern des Problems ab und macht den Begriff für seine politische Vereinnahmung anfällig. In Bibliotheken sind die Kompetenzen vorhanden, sowohl gegen die angesprochenen Phänomene im wissenschaftlichen Publikationssystem selbst etwas zu tun als auch solche terminologischen Nebelkerzen zu löschen.»Fake science« is one of many names for bogus or manipulated science. Like other terms that use the attribute »fake«, it has recently been subject to misinterpretation. For example, the broad media coverage of the year 2018 on dubious journal publishers generously adopted the »fake science« term for the phenomenon known as »predatory publishing«, which is, however, a very different problem.
This rhetorical appropriation contributes to terminological imprecision, distracts from the core of the problem and makes the term vulnerable to political usurpation.
Academic libraries have the competence not only to do something about the phenomena addressed in the academic publication system itself, but also to remove such terminological smoke candles
Chemnitz‘ Anfang? Auf der Suche nach der Marktgründung von 1143
Get PDFJens Beutmann befasst sich mit den Anfängen der Stadt Chemnitz und dabei insbesondere mit der Marktgründung von 1143
Robotertechnik im Arbeitsalltag von Chirurgen: Zu den Auswirkungen der daVinci-Operationstechnik auf den Beruf von Ärzten
Get PDFDiese Forschungsarbeit thematisiert die operationsunterstützende Robotertechnik in der chirurgischen Erwerbsarbeit. Im Fokus steht die Frage nach technikbasierten Veränderungen durch den Einsatz des DaVinci-Operationssystems und deren Auswirkungen auf den Beruf, genauer gesagt, auf die Profession und das subjektivierende Arbeitshandeln des Chirurgen. Zudem findet eine Untersuchung der handlungsbezogenen Interaktion zwischen Operateur und DaVinci-Operationssystem, im theoretischen Blickfeld der sozio-technischen Konstellation, statt. Die empirische Grundlage bilden 14 durchgeführte, leitfadengestützte Experteninterviews, deren Ergebnisse in einer qualitativen Interviewanalyse deskriptiv erfasst und auf Grundlage der theoretisch gewählten Perspektiven der sozio-technischen Konstellation, dem subjektivierten Arbeitshandeln sowie der Professionssoziologie diskutiert werden. Zusammenfassend ergibt sich eine erkennbare technisch-determinierte Veränderung des Berufs, die teilweise diametral in der Auffassung der Befragten geschieht. Diese Untersuchung hat einen explorativen Charakter und beleuchtet ausschließlich die mit dem DaVinci arbeitenden Ärzte und kann somit als Grundlage weiterführender, spezifischer Untersuchungen zu Aspekten des Themas fungieren.This research work focuses on operation-supporting robotics in surgical gainful employment.\u2028
The focus is on the question of technology-based changes through the use of the DaVinci operation system and their effects on the profession, or more precisely on the profession and the subjective working behaviour of the surgeon. In addition, an investigation of the action-related interaction between the surgeon and the DaVinci surgical system takes place within the theoretical field of view of the socio-technical constellation. The empirical basis is formed by 14
guided expert interviews, the results of which are recorded descriptively in a qualitative interview analysis and discussed on the basis of the theoretically chosen perspectives of the socio-technical constellation, the subjective working practice and the sociology of the profession. In summary, there is a recognisable technically determined change in the profession, which is partly diametrically opposed in the opinion of the interviewees. The study has an explorative character and focuses exclusively on physicians working with DaVinci and can therefore serve as a basis for further, specific studies on aspects of the topic
Solare Fernwärme für das Quartier Brühl in Chemnitz – Begleitforschung (SolFW): Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben
No full textDie Professur Technische Thermodynamik der TU Chemnitz und die inetz (Netzbetreiber) haben unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten ein hocheffizientes solares Fernwärmesystem (2100 m² Kollektorfläche, 1000 m³ Speicher, max. Netzlast 6-14 MW) für den Stadtteil Brühl in Chemnitz entwickelt. Dieses zeichnet sich durch viele innovative Merkmale (Systemkonzept und -betrieb, Speicher, Hausanschlussstation) aus und berücksichtigt komplexe städtische bzw. gesellschaftliche Zusammenhänge (Akzeptanz, Städtebau, Denkmalschutz, Gebäudeeigentümer, bestehende Versorgungssysteme).
In diesem Projekt wurde eine breit angelegte Begleitforschung zur Funktion des Systems durchgeführt. Das Projekt umfasste u. a. die Datenbeschaffung und -auswertung bzgl. des Systems und des Quartiers, die Datenübernahme von der inetz, die Datenverarbeitung und -auswertung sowie die Optimierung des Systems.
Es erfolgten spezielle Untersuchungen zur Funktion der Kollektorfelder, des Zwei-Zonen-Speichers, des Nachheizsystems und einer Hausanschlussstation. Aufgrund des Einsatzes von Wasser im gesamten System wurden die Untersuchungen in den Kollektorfeldern mit einem speziellen bzw. mobilen Monitoring realisiert.
Numerische Simulationen lieferten das theoretische Verhalten für einen Soll-Ist-Ver
gleich. Umgekehrt konnten die Simulationen anhand der Messwerte validiert werden.
Die Mess- und Simulationsergebnisse flossen danach in Metamodelle ein. Diese Metamodelle wurden im SolFW-Tool genutzt, um eine einfache und schnelle Berechnung von solaren Fernwärmesystemen in Quartieren zur Verfügung zu stellen. Das SolFW-Tool ist als webbasiertes Simulationsprogramm verfügbar