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Quantitative assessment of dimer formation by hypoxia inducible transcription factor subunits HIF-1α and HIF-2α
No full textOxygen homeostasis in cells and tissues is tightly controlled by the transcription factors Hypoxia Inducible Factors (HIFs) which regulate the expression of genes that facilitate O2 delivery and metabolic adaptation to O2 deprivation in all mammalian cells (Semenza, 2001). Therefore, HIFs ensure the cells’ survival by playing a dominant role in response to ischemia, anemia or systemic hypoxia (Berchner-Pfannschmidt et al., 2008). Three isoforms of HIF-α subunits HIF-1α, HIF-2α and HIF-3α differ by their specific sources; however they share highly similar structures (Gu et al., 1998). Because of the frequent presence of HIF-1α and HIF-2α, as well the less well understood role of HIF-3α (Loboda et al., 2010), the focus of this study was HIF-1α and HIF-2α. Controlling the expression of several hundreds of HIF target genes involved in O2 transport (erythropoietin), angiogenesis, glucose metabolism, proliferation and survival (Rankin et al., 2008), HIF-1α and HIF-2α were intensively studied in recent years. However, neither the physiology nor the pathophysiology is fully resolved as “master regulators of oxygen homeostasis” (Semenza, 1998). To obtain better understanding of the HIFs’ regulation, confocal microscopic fluorescence resonance energy transfer (FRET) was applied for investigating the protein-protein interaction between the subunits. In order to show the function of basic helix-loop-helix (bHLH) and Period/Arnt/Single-minded (PAS) domains, deletion and single nucleotide mutations were performed on HIF-1α and HIF-2α. It is evident that a basis to explain some of the target gene specificity observed with HIF-1 versus HIF-2 driven genes can be provided by the new findings in this study
Monitoring of residential child care settings by public authorities
No full textUmfassend beschreibt der Autor die behördliche Aufsicht über Einrichtungen der stationären Hilfen zur Erziehung. Dabei beleuchtet er ein bisher kaum erforschtes Arbeitsfeld der Kinder- und Jugendhilfe aus mehreren Blickwinkeln. Er arbeitet Recht, Strukturen und Geschichte der „Heimaufsicht“ auf und stellt darauf aufbauend die Ergebnisse eigener empirischer Untersuchungen vor. Der Autor analysiert das professionelle Selbstverständnis von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern zweier Landesjugendämter auf der Grundlage teilnehmender Beobachtungen. Ergänzt wird dies durch Ergebnisse einer bundesweiten Befragung von Einrichtungsträgern. Aufgezeigt werden Widersprüche und Klärungsbedarf hinsichtlich der Aufgaben und der Rolle der Einrichtungsaufsicht, aber auch Perspektiven für eine strukturelle Weiterentwicklung. Als zentrale Bedingung für eine funktionale Aufsichtspraxis identifiziert der Autor eine konstruktive und strukturelle Verknüpfung von Kontrolle und Vertrauen. Die Aufarbeitung bietet sowohl für die wissenschaftliche und fachpolitische Debatte zum Kinderschutz als auch für Akteure in der sozialpädagogischen Praxis einen weitreichenden Einblick und eine detaillierte Analyse des Arbeitsfeldes.The subject of this dissertation is the monitoring of residential child care settings by public authorities in Germany. Its goal is to provide a broad description of structures, laws, rules, difficulties, conflicts and future tasks of regulating the safeguarding of minors in residential care settings. An empirical study researching the self-image of responsible monitoring staff constitutes the core of this analysis. The dissertation considers five different analytical and empirical perspectives on that subject: First, the legal and organizational structures in the public care system are analyzed which apply in the fields of monitoring of residential units and safeguarding of minors. The following chapter retraces the history of these laws and structures while identifying flaws and difficulties in the political regulation since 1920. A third perspective arises from a theoretical discussion of the concepts of trust and control. Analyzing the relationship between trust and control in asymmetrical interactions between organizations provides the basis for understanding difficulties and challenges in the cooperations between monitoring authorities and providers of residential child care. The fourth and main part of the dissertation is constituted by a qualitative empirical study on the two monitoring authorities in the state of North Rhine-Westphalia. It is based on an ethnographical participant observation which was conducted in 2010 and 2011. The empirical data was interpreted according to the Grounded-Theory-Methodology following Juliet Corbin and Anselm Strauss. The fifth part gives an account of the perspective of non-profit and profit-orientated private providers for residential child care units on the monitoring actions. An online-survey with around 300 participants forms the basis of this chapter. The data was interpreted with multivariate statistical methods.
The main findings of the dissertation were the following:
The agents in charge of monitoring of residential child care settings of today are still encountering conflicts and difficulties which had been identified since the first regulations on this subject were issued in the beginning of the 20th century. The main conflict for staff of public authorities in attending to their monitoring responsibility emerges between the necessity of building a trust-based relationship to providers of care institutions on the one hand and the requirement of “distrustfully” controlling these institutions on the other hand. Throughout the history of monitoring residential child care settings this conflict was confronted primarily with two strategies: The first strategy of authorities was an overemphasis of trust which lead to a nearly “symbiotic” relationship to child care providers. The other strategy involved an overuse of distrustful measures such as formal control and (necessarily superficial) inspections. A way of combining trust- as well as mistrust-based interactions is still to be developed by the monitoring authorities. A major reason why this has not succeded yet seems to be that neither politicians nor authorities, providers or the public share a common concept of the role, tasks and responsibilities the monitoring authority should meet. As a consequence, public monitoring authorities still face insufficiencies regarding resources and political support.
The ethnographical research revealed that the monitoring staff tried to solve the immanent conflict mostly by applying individually configured strategies. Trying to combine trust and control they mainly use strategies which are common in asymmetrical relationships between social educational workers and clients. From their point of view, a trustful relationship forms the basis for every professional interaction with providers. Formal control and formal intervention measures were primarily associated with insecurity and discomfort, yet were deemed necessary while variants of social control were preferred. However, social control measures like utilizing “professional intuition” fail to supply sufficient “evidence” if sovereign interventions against providers become necessary and need to be legally vindicated. In summary, existing monitoring strategies can possibly be sufficient if providers cooperate trustfully with the authorities. However, if trust in cooperations is not strong enough the authorities do not seem to have other efficient strategies at their disposal which leave a certain grade of autonomy to the providers and simultaniously fulfill the role of a “guardian of trust” for users of the facilities as well as the public.
The findings of the survey among providers suggest that monitoring authorities need to establish consistent, transparent and reliable criteria of judging the quality of institutions if they seek the trust of providers. Concluding from this, monitoring authorities and providers of care institutions should increase their efforts to negotiate certain “standards” of child care which are equally reliable and valid in terms of securing the children´s best interest. The survey suggests that around 80% of the participants have trust in the respective monitoring agent, though.
It can be summarized that an intensified public debate about the role and the responsibilities of the authorities in charge of monitoring residential child care institutions is required. This is necessary to determine which resources are needed to meet these public expectations. Secondly, normative thresholds for possible interventions against care providers need to be further elaborated because, at the time this study was conducted, their definition was mostly left up to individual judgement. These elaborations should still leave room for individual judgement but could provide the monitoring staff with the required normative orientation. This includes discussing minimum standards for residential child care providers but also establishing certain standards for monitoring measures, such as a minimum time period between inspections or guidelines for the monitoring staff on possible strategies in cases of insecurity (e. g. supervision by colleagues or routines for managing insecure situations)
An Improved 2DOF Elastokinematic Surrogate Model for Continuous Motion Prediction and Visualisation of Forearm Pro-and Supination for Surgical Planning
No full textForearm rotation (pro-/supination) involves a non-trivial combination of rotation and translation of two bones, namely, radius and ulna, relatively to each other. Early works regarded this relative motion as a rotation about a fixed (skew) axis. However, this assumption turns out not to be exact. This thesis regards a spatial-loop surrogate mechanism involving two degrees of freedom with an elastic coupling for better forearm motion prediction. In addition, the influence of the bone morphology and position of elbow on kinematics are also considered.
The model parameters are not measured directly from the anatomical components, but are fitted by reducing the errors between predicted and measured values in an optimization loop. For non-invasive measurement of bone position, magnetic resonance imaging (MRI) is
employed. We present a method to self-calibrate the arm position in the MRI scanning tube and to fit the model parameters from a few, coarse MRI scans. Results show a good concordance between measurement and simulation. Moreover, the minimum distance changing between bones during forearm rotation is elucidated, which is not yet proved in anatomical and clinical literatures. The minimum distance is calculated by searching for the global shortest distance between bone contours on ulna and radius by a two-level selection and a following multidimensional Newton-Raphson algorithm. To this end, the methodology is extended from healthy bones to deformed arms and an angulated forearm model is developed. The 3D angulated bone geometry is obtained by manually separating the bone structure at the broken position, and the minimum distance and the range of motion of fractured forearms are analyzed. As shown for a single case validation, simulated results show very small deviations from anatomical data. Furthermore, the simulations discussed above are visualized using interactive interfaces, which facilitates the application of the model in clinical planning.Die Unterarmrotation beinhaltet eine nicht triviale Kombination einer Rotation und Translokation zweier Knochen, Radius und Ulna relativ zu einander. Frühere Arbeiten betrachteten diese relative Bewegung als eine Rotation um eine fixierte Achse. Allerdings scheint diese Annahme ungenau zu sein. Diese Arbeit betrachtet ein Spatial-Loop Surrogat Mechanismus unter Berücksichtigung von zwei Freiheitsgraden mit einer elastischen Gelenkverbindung für eine bessere Prognose der Unterarm-Bewegung. Zusätzlich wird der Einfluss der Knochenmorphologie und die Position des Ellenbogens auf die Kinematik berücksichtig. Die Modellparameter werden nicht direkt von den anatomischen Komponenten bestimmt, sondern unter Berücksichtigung der Abweichung von Annahme und Messung. Zur nicht invasiven Messung der Knochenposition wird die Methode der Magnetresonanztomographie (MRT) angewendet. Wir stellen hier eine Methode um die Arm-Position in das MRI Scan-Rohr selbst zu kalibrieren und die Modellparameter aus einige grobe MRT-Aufnahmen zu passen. Die simulierten Ergebnisse zeigen sehr kleine Abweichungen von anatomischen Daten. Eine minimale Änderung der Distanz zwischen den Knochen während der Unterarmrotation wird beleuchte, die bisher nicht in der anatomischen und klinischen Literatur beschrieben ist. Die Berechnung der minimalen Distanz erfolgt über die Ermittlung der gesamt kürzesten Distanz. Zu diesem Zweck wird die Methodik von gesunden Knochen auf deformiere Arme und ein angewinkeltes Unterarmmodel entwickelt. Die 3D gewinkelte Knochen-Geometrie ergibt sich aus der Knochenstruktur an der gebrochener Position manuell zu trennen, und darauf werden der Mindestabstand und der Bereich der Bewegung von dem gebrochenen Unterarm analysiert. Wie dies bei einer einzelnen Fall Validierung, zeigen die simulierten Ergebnisse sehr kleine Abweichungen von anatomischen Daten. Darüber hinaus werden die oben beschrieben Simulationen mit interaktiven Benutzeroberflächen visualisiert, welche die Anwendung des Modells in der klinischen Planung erleichtert
Career success and life satisfaction
No full textDie vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener objektiver und subjektiver Aspekte des Berufserfolgs auf die Laufbahnzufriedenheit sowie die allgemeine Lebenszufriedenheit. Der objektive Berufserfolg wird in die beiden Bestandteile „Erreichen von Karrierekriterien“ sowie „Vermeidung von Diskontinuität“ unterteilt. Der subjektive Berufserfolg besteht aus den beiden Teilbereichen des selbsteingeschätzten Berufserfolgs und der Laufbahnzufriedenheit, wobei letztere gleichzeitig auch eine Komponente der Lebenszufriedenheit darstellt.
Auf Basis verschiedener allgemeiner Theorien zur Erklärung der Lebenszufriedenheit wird ein spezielles Modell zum Einfluss des Berufserfolgs auf die Lebenszufriedenheit entwickelt, aus dem wiederum verschiedene Hypothesen abgeleitet werden. Die Prüfung der Hypothesen erfolgt dabei – anders als in den meisten bisherigen Untersuchungen – sowohl im Querschnitt zu drei verschiedenen Befragungszeitpunkten als auch im Längsschnitt anhand von Fixed-Effects-Analysen. Verwendet werden die Daten des Kölner Gymnasiastenpanels (n=1.301), einer Kohorte von Personen mit meist höheren Bildungsabschlüssen.
Es zeigt sich deutlich, dass der Einfluss der objektiven Berufserfolgsaspekte sowohl auf die Laufbahnzufriedenheit als auch auf die allgemeine Lebenszufriedenheit im Durchschnitt nur schwach ist. Der Effekt des subjektiven Berufserfolgs auf die beiden Zufriedenheiten ist hingegen offenkundig stärker. Des Weiteren ist die Wirkung sowohl des objektiven als auch des subjektiven Berufserfolgs auf die Laufbahnzufriedenheit signifikant stärker als auf die allgemeine Lebenszufriedenheit.
Der Einfluss des objektiven Berufserfolgs auf die Laufbahnzufriedenheit wird bei den meisten der betrachteten Variablen zumindest teilweise durch den selbsteingeschätzten Berufserfolg vermittelt. Vereinzelt wird dieser Effekt des objektiven Berufserfolgs dann weiter über die Laufbahnzufriedenheit auf die allgemeine Lebenszufriedenheit übertragen. Teilweise deutet sich aber auch an, dass gleichzeitig gegenläufige Effekte auf andere Lebensbereiche vorhanden sind.
Der Einfluss des selbsteingeschätzten Berufserfolgs auf die allgemeine Lebenszufriedenheit hingegen wird immer durch die Laufbahnzufriedenheit mediiert.
Die Ergebnisse lassen zudem erkennen, dass der Einfluss der Laufbahnzufriedenheit auf die allgemeine Lebenszufriedenheit umso stärker in Erscheinung tritt, je wichtiger der berufliche Lebensbereich eingeschätzt wird. Insgesamt ist der Einfluss der Laufbahnzufriedenheit auf die allgemeine Lebenszufriedenheit aber geringer als der Einfluss der privaten Lebenszufriedenheit. Dies gilt insbesondere für Frauen mit Kindern im Vergleich zu Männern bzw. kinderlosen Frauen. Offenkundig wirkt sich auch eine Nichterwerbstätigkeit bei Frauen mit Kindern weniger negativ auf die allgemeine Lebenszufriedenheit aus als bei Männern und kinderlosen Frauen. Dies betrifft vor allem die Zeit um das 30. Lebensjahr, also die Phase der Familiengründung.
Zusammengefasst verdeutlichen die Ergebnisse dieser Arbeit: Berufserfolg macht zufrieden. Vor allem spielen die subjektiven Komponenten des Berufserfolgs hierbei eine wichtige Rolle, während der objektive Berufserfolg zumindest in der Gruppe der Höhergebildeten kaum einen Einfluss zu haben scheint. Um mit der eigenen Berufslaufbahn und dem Leben zufrieden zu sein, kommt es also letztlich auf die subjektiven Ziele und Erwartungen sowie die Einstellung zum Erfolg, zum Berufsleben und zum Leben allgemein an.The present study is devoted to the influence of different aspects of objective and subjective career success on career satisfaction and general life satisfaction. Objective career success in this study consists of two components, i.e. “achievement of career criteria” and “avoidance of discontinuity”. Subjective career success is composed of both self-rated career success and career satisfaction; the latter one is also part of the construct of life satisfaction.
Based on different general theories concerning the determinants of life satisfaction, a particular model of the influence of career success on life satisfaction is developed from which various hypotheses are derived. In contrast to most previous studies, these hypotheses were tested both by cross-sectional analyses for three different waves and by longitudinal fixed-effects-analyses using the data of the “Kölner Gymnasiastenpanel“ (n=1.301), a cohort of mostly higher-educated persons.
It is obvious from the results of these analyses that, on average, the influence of objective career success aspects both on career satisfaction and general life satisfaction is only weak. It is also shown that the effect of subjective career success on the two satisfaction ratings is, however, evidently stronger. Furthermore, the effect both of objective and subjective career success is significantly stronger on career satisfaction than on general life satisfaction.
For most of the observed variables the influence of objective career success on career satisfaction is mediated, at least in part, by the self-rated career success. In a few cases, this effect of objective career success is then mediated by career satisfaction on general life satisfaction. Moreover, the results partially suggest that there may be opposite effects on other areas of life.
However, the influence of self-rated career success on general life satisfaction is always mediated by career satisfaction.
The results also demonstrate that the more important the occupational area of life is perceived, the stronger general life satisfaction is influenced by career satisfaction. Altogether, the influence of career satisfaction on general life satisfaction is lower than the influence of private life satisfaction. This is true particularly for women with children compared to men and women without children. Obviously, the negative effect of non-employment on general life satisfaction is also lower for women with children than for men and childless women. This applies especially to those of around thirty years of age, i.e. the common phase of starting a family.
To summarize, these results illustrate: career success leads to happiness. Particularly the subjective components of career success are relevant in this respect, whereas objective career success – at least in the group of rather higher-educated persons – hardly seems to have any effect. Finally, being satisfied with his or her own career and life in general depends predominantly on subjective goals and expectations as well as attitudes for success, occupational life and life in general
Establishment of a new MYCN-driven murine neuroblastoma model and analysis of tumorsuppressive mircoRNAs
No full textDas Neuroblastom ist der häufigste solide Tumor des Kindesalters und verantwortlich für ca. 15% aller pädiatrisch-onkologischen Todesfälle. Eine Amplifikation des Onkogens MYCN, durch welche die prognostisch ungünstigste Patientengruppe definiert ist, liegt in 20% aller Neuroblastome vor. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Cre-konditionales MYCN-vermitteltes Mausmodell (LSL-MYCN) entwickelt. Durch die Kreuzung mit Dbh-iCre Mäusen wurde die Expression des MYCN Transgens auf Dopamin-beta-Hydroxylase exprimierende Zellen beschränkt, was zur Entwicklung von Tumoren der Nebennieren, der oberen Zervikalganglien und des Ganglion coeliacum führte. Die Tumore wiesen sowohl die für das Neuroblastom spezifischen kleinen, blauen und runden Zellen als auch neurosekretorische Vesikel auf. Weiterhin konnte eine signifikante Überexpression von humanem MYCN und spezifischer Neuroblastommarker detektiert werden. Genomische Aberrationen sowie mRNA und mikroRNA (miRNA) Expressions-Profile entsprachen denen humaner Neuroblastome.
MiRNAs sind kurze, nicht-kodierende RNA Moleküle, die durch Bindung an mRNAs deren Stabilität und Translation regulieren. Die Bedeutung von miRNAs in der Tumorbiologie ergibt sich aus der Regulation von Onkogenen und Tumorsuppressorgenen. In humanen primären Neuroblastomen war die niedrige Expression der miRNAs miR-542-3p und miR-137 mit ungünstiger Prognose assoziiert und eine Herunterregulation von miR-542-3p konnte auch in Tumoren des LSL MYCN;Dbh-iCre Modells beobachtet werden. Die Funktion beider miRNAs wurde in vitro in präklinischen Modellsystemen des humanen Neuroblastoms detailliert untersucht. Die ektope Expression der miRNAs reduzierte die Zellviabilität und Proliferation, erhöhte die Apoptoserate und induzierte einen Zellzyklusarrest. Weiterhin wurde die direkte Bindung der vorhergesagten Ziel-mRNAs KDM1A (miR-137) und Survivin (miR-542-3p) mittels Luziferase Reporter Analysen validiert und die Regulation sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene verifiziert. Die Herunterregulation der Zielgene in Neuroblastomzellen stellte eine Phänokopie der Effekte einer exogenen Expression der jeweiligen miRNA dar. Die Spezifität der miRNA-vermittelten Regulation wurde durch ektope Expression des Zielgens mit mutierter miRNA-Bindestelle nachgewiesen. Eine Therapiesimulation in Neuroblastom-Xenografts mit miR-542-3p-beladenen Nanopartikeln zeigte sowohl eine Herunterregulation des Zielproteins Survivin als auch eine Reduktion der Proliferation und Erhöhung der Apoptoserate in den Tumorzellen.
Die Etablierung des neuen LSL-MYCN;Dbh-iCre Neuroblastom-Mausmodells kann dabei helfen sowohl die Pathogenese des Neuroblastoms besser zu verstehen als auch potentiell Neuroblastom-relevante Gene und miRNAs zu identifizieren. Eine Weiterentwicklung dieses Modells durch Kombination mit anderen Mausmodellen, die potentiell Neuroblastom-relevante Gene regulieren, könnte im Zusammenspiel mit neuen Behand¬lungsstrategien Einblicke in die Wirksamkeit von künftigen Neuroblastomtherapien geben. Die Behandlung humaner Neuroblastompatienten mit tumorsuppressiven miRNAs, wie miR-542-3p und miR-137, könnte ein möglicher Ansatz sein den aggressiven Verlauf dieser Erkrankung zu reduzieren.Neuroblastoma is a common solid tumor of infancy and accounts for more than 15% of pediatric cancer deaths. Amplification of MYCN oncogene defines the most aggressive subtype of neuroblastoma with poor prognosis. In the present study, a new Cre-conditional MYCN-driven transgenic mouse model was generated to analyse tumorigenesis in vivo. When targeting MYCN expression to the neural crest in transgenic LSL-MYCN;Dbh-iCre mice, palpable tumors developed, which arose predominantly from both adrenals, but also from superior cervical ganglia and ganglion coeliacum. LSL MYCN;Dbh-iCre-induced tumors consisted of small round blue cells and possessed neurosecretory vesicles. Expression of human MYCN and specific neuroblastoma marker genes was high in tumors. Furthermore, murine neuroblastomas recapitulated genomic aberrations and MYCN mRNA as well as microRNA (miRNA) signatures described for human neuroblastoma. MiRNAs are small noncoding RNA molecules that bind target mRNAs resulting in translational repression or degradation of the mRNA. In cancer, they can act as tumor suppressors or oncogenes. In human primary neuroblastomas, low expression of miR-542-p and miR-137 was highly correlated with unfavourable prognosis and miR-542-3p was upregulated in murine LSL MYCN;Dbh-iCre tumors. Exogenous expression of these miRNAs in established neuroblastoma cell lines reduced viability and proliferation, increased apoptosis and induced cell cycle arrest. Furthermore, direct interaction be¬tween the predicted targets survivin (miR-542-3p) and KDM1A (miR-137) was validated by luciferase reporter assays and regulation was demonstrated on mRNA as well as protein level. Ectopic expression of miR-542-3p or miR-137 phenocopied the knock¬down of respective targets. In addition, we were able to validate a direct interaction between miRNAs and their targets by performing rescue experiments. Treatment of mice bearing neuroblastoma xenografts with miR-542-3p-loaded nanoparticles resulted in downregulation of survivin and induced reduced tumor cell proliferation as well as increased apoptosis.
In conclusion, the novel LSL MYCN;Dbh-iCre neuroblastoma mouse model contribute to a better understanding of MYCN-driven neuroblastoma and to identification of relevant genes and miRNAs. Combination with other transgenic models, regulating potential relevant genes, could provide new insights into neuroblastoma tumorigenesis. Restoring function of tumor suppressive miRNAs, such as miR-542-3p or miR-137, could represent a feasible approach to reduce neuroblastoma aggressiveness
The military coups in Turkey and their impact on the minority policy
No full textDie Demokratiegeschichte der Türkei mit ihren Implikationen für die Zukunft des Landes in der Region oder beispielsweise für einen möglichen EU-Beitritt kann nicht ohne eine Analyse der Militärputsche und ihre Bedeutung für Minderheiten, die den Zustand der Demokratie paradigmatisch darstellen, erforscht werden. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist es daher, die Militärputsche in der Türkei zu untersuchen und ihre Auswirkungen auf die Minderheitenpolitik der Türkei zu analysieren
First-principles investigation of magnetic and electronic transport properties of transition metal alloys
No full textAb intio Untersuchung magnetischer und elektronischer Transporteigenschaften von Übergangsmetall-Legierungen
In this work the electronic structure as well as magnetic and thermoelectric properties of alloy systems containing the 3-transition metals manganese, iron and cobalt have been investigated by means of first-principles methods and Monte Carlo simulations. In addition, a new analysis of magnetic exchange interaction in nickel-manganese based alloys is carried out by decomposing the magnetic coupling constants into contributions associated with orbital symmetries.
The survey starts with the investigation of the binary alloys FeMn, FeCo and CoMn. Interesting new insight into ground state properties and finite temperature magnetism of FeMn is obtained from the combination of {\em ab initio} methods and Monte Carlo simulations. The evaluated Curie temperatures are in good agreement with experiment and predicted ground state configurations of magnetic moments match the state-of-the-art theory of these alloys. Results of the investigation of FeCo allow an excellent mapping onto the experimental phase diagram and contribute to the current discussion on the occurrence of superstructures in these systems. As there is only few theoretical work concerning CoMn up to now, the investigation of these alloys delivers valuable new information. The first modeling of the complex magnetic properties of CoMn on a first-principles basis has been carried out and additionally, the occurrence of an unexpected structural phase is predicted.
In the second step, a series of Heusler alloys based on the three transition metals Mn, Fe, Co and the main group elements Al and Si is carried out. In this part, the focus is on half-metallic ferromagnetism of such systems. Almost all combinations of these elements turn out to be half-metallic and certain compositions are half-metallic antiferromagnets. The influence of disorder on the specific electronic structure and the magnetic properties is analyzed and it turns out that disorder does not necessarily destroy half-metallicity if it is restricted to certain sublattices. On the other hand, magnetism and Curie temperature can be strongly affected. Comparing the results to the investigation of corresponding binary alloys reveals a clear relation but also the outstanding position of Heusler alloys.
During the investigation of magnetic exchange interactions in nickel-manganese based Heusler alloys the decomposition of the interaction into contributions associated with electron states of certain symmetry allows to understand how the strength of the interaction arises from particular contributions. In addition the contribution of magnetism to the driving force of the martensitic transition of such systems is qualitatively understood because the analysis reveals a certain type of magneto-structural instability. This opens an entirely new view on martensitic transitions in magnetic alloys.
The last part of this work concerns the thermoelectric properties of half-metallic Heusler layers in contact with platinum leads. Here, focus is on the spin dependence of the Seebeck coefficient. It turns out that the half-metallic property of the Heusler systems significantly affects the contributions arising from the two spin channels. The results show the possibility to design thermally driven spin generators and contribute to the modern field of spincaloritronics
Microstructural Alterations of Commercial Metallic Alloys by Friction Surfacing
No full textThe process of friction surfacing has been known in its basic arrangement for around 70 years, but only a limited amount of scientific studies has been carried out, and industrial use is marginal. Lately, the emerging shortness of energy and resources draws attention to alternative production routes, and interest in the friction surfacing process has revived. The process’ advantages base on the fact that the deposited material does not undergo the liquid state, but instead is “forged” onto the substrate. Little is understood of the metallurgical mechanisms involved.
This work aims at revealing some of these mechanisms by electron-microscopy investigations, and at evaluating the microstructure resulting from friction surfacing as to the coatings’ behaviour under tribological loading. The materials tested are 6082 aluminium alloy, NiAl-bronze (CuAl10Fe5Ni4), tool steel (≈X50CrMoV5-1) and the alloy Cr60Ni40.
The aluminium alloy, which is most easily processed by friction surfacing, undergoes dynamic and static recovery. It is a precipitation hardening alloy, and since the temperatures occurring during friction surfacing do not match the thermal sequence for artificial ageing, the material’s hardness is adversely affected. The other three alloys undergo major phase transformations during processing. The bronze assumes a high temperature bcc structure while being deposited. During cooling, small globular or acicular fcc α grains crystallise, followed by precipitation of second (κ-) phases in spherical shape, due to decreasing solubility. The tool steel completely converts into its fcc austenite state, followed by martensitic transformation during cooling. When several layers are deposited overlapping each other, both tempering and secondary hardening effects arise. The non weldable and non deformable Cr60Ni40 alloy consists of a Cr- and a Ni-rich phase during processing. In the coatings, an fcc supersaturated solid solution and a bcc phase rich in Cr, incorporating fine Ni-precipitates, prevail.
Supersaturation of solid solution, spheroidisation of second phases and low grain size due to recrystallisation were found to be very beneficial for the wear resistance of all alloys against surface fatigue under cavitation. Sliding wear tests revealed comparable behaviour of the conventional and the friction surfaced material state.
For the feasibility of friction surfacing, a material’s properties at the temperatures reached during the process are essential. In particular, it must be possible to transfer a sufficient volume of stud tip material into an adequate plasticised state. This opens up possibilities to join novel material combinations and achieve coatings with advantageous microstructures compared to conventional techniques.Das Reibauftragschweißen ist in seinen Grundzügen bereits seit etwa 70 Jahren bekannt. Der Prozess ist dennoch nicht erschöpfend erforscht und wird selten industriell eingesetzt. Die zunehmende Knappheit von Energie und Ressourcen treibt aktuell die Auslotung alternativer Fertigungsmethoden voran, wodurch das Interesse am Reibauftragschweißen wieder belebt wurde. Die Vorteile des Prozesses sind dadurch bedingt, dass in der festen Phase gefügt wird. Die metallurgischen Vorgänge hierbei sind für die meisten Werkstoffe nicht untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist das Verständnis der Mikrostrukturentwicklung vier verschiedener Werkstoffe während des Reibauftragschweißens, sowie der daraus resultierenden Eigenschaften der Schichten unter tribologischer Beanspruchung. Hierfür wurden in erster Linie Elektronen-Mikroskopie und Verschleißprüfung herangezogen. Die untersuchten Werkstoffe sind die Aluminiumlegierung 6082, eine NiAl-Bronze (CuAl10Fe5Ni4), ein Werkzeugstahl (≈X50CrMoV5-1) sowie die Legierung Cr60Ni40.
Die Aluminiumlegierung durchläuft dynamische und statische Rekristallisation. Da es sich um eine ausscheidungshärtende Legierung handelt, und die Temperaturen beim Reibauftragschweißen nicht mit denjenigen einer gezielten Wärmebehandlung übereinstimmen, wirkt sich der Prozess negativ auf die Schichthärte aus. Die übrigen drei Werkstoffe durchlaufen wesentliche Phasenumwandlungen. Die Bronze nimmt bei der erreichten Temperatur eine krz Struktur an, aus welcher beim Abkühlen kleine globulare und nadelförmige kfz α Körner kristallisieren, gefolgt von der löslichkeitsbedingten Ausscheidung globularer κ-Phasen. Der Werkzeugstahl erreicht den kfz Austenit-Zustand, mit anschließender martensitischer Umwandlung während des Abkühlens. Beim Auftragen mehrerer überlappender Lagen wurden sowohl Anlass-, als auch Sekundärhärtungsvorgänge beobachtet. Die als nicht schweiß- und umformbar geltende Legierung Cr60Ni40 besteht während des Prozesses aus einer Cr- und einer Ni-reichen Phase. In den Schichten existieren anschließend ein übersättigter kfz Mischkristall und eine Cr-reiche krz Phase mit feinen Ni-Ausscheidungen. Die Übersättigung von Mischkristallen, eine Einformung von Phasen und Kornfeinung durch Rekristallisation wirken sich bei allen untersuchten Werkstoffen positiv auf die Verschleißbeständigkeit unter Kavitation aus. In Gleitverschleißuntersuchungen zeigen die Schichten ein vergleichbares Verhalten wie der jeweilige konventionelle Werkstoffzustand.
Für die Anwendbarkeit des Reibauftragschweißens sind die Materialeigenschaften bei den erhöhten Prozesstemperaturen relevant. Insbesondere muss es möglich sein, ein ausreichendes Materialvolumen in der Pinspitze zu plastifizieren. Ist dies der Fall, eröffnet das Reibauftragschweißen Möglichkeiten neuartiger Materialkombinationen, sowie Beschichtungen mit einer im Vergleich zum konventionellen Auftragschweißen vorteilhaften Mikrostruktur
Effizienzorientierte Untersuchung der Ausweitung des Einsatzes sektoraler Emissionshandelssysteme unter exemplarischer Betrachtung des Gebäudesektors in Deutschland
No full textIn wirtschaftswissenschaftlichen Analysen internationaler Klimapolitik und klimapolitischer Maßnahmen wird üblicherweise vorausgesetzt, dass zwischen Klimaschutzbeiträgen und dem Bereitstellungsniveau des Kollektivgutes Klimaschutz ein stetiger Zusammenhang vorliegt. Demgegenüber beschreiben die Ergebnisse naturwissenschaftlicher Forschung den Klimawandel jedoch als nicht lineares Schwellenphänomen.
Die vorliegende Dissertation zeigt auf Basis einer institutionenökonomischen Analyse, wie eine problemadäquate Berücksichtigung der naturwissenschaftlichen Dimension in der Ökonomik aussehen kann und welche Implikationen damit für die Bereitstellung von Klimaschutz und den Einsatz klimapolitischer Instrumente einhergehen.
Im Rahmen der Analyse internationaler Klimapolitik wird dargelegt, dass sich das globale Kollektivgut Klimaschutz auf Ebene der Aggregationstechnologie als Threshold-Gut identifizieren lässt. Darauf aufbauend wird spieltheoretisch nachgewiesen, dass das Zustandekommen eines universellen, d. h. alle Staaten umfassenden, Abkommens für die Bereitstellung von Klimaschutz nicht notwendig ist. Stattdessen kann Klimaschutz unter bestimmten Bedingungen von einer multilateralen Koalition von Staaten bereitgestellt werden, wenn es der Klimaschutzkoalition u. a. gelingt, das mit unvollständiger Kooperation einhergehende Carbon Leakage-Risiko einzudämmen.
Innerhalb der Analyse klimapolitischer Instrumente wird herausgestellt, dass Cap and Trade-Systeme als besonders effiziente Mittel der Klimapolitik gelten können, und dass deren sektorspezifische Ausgestaltung die Möglichkeit bietet, Carbon Leakage-Effekte zu reduzieren.
Aufbauend auf den Analyseergebnissen wird schließlich vorgeschlagen, Cap and Trade-Systeme auch in solchen Wirtschaftsbereichen Deutschlands zum Einsatz zu bringen, die bislang nicht vom Europäischen Emissionshandelssystem erfasst worden sind. In diesem Zusammenhang wird ein sektorales Emissionshandelssystem für den Gebäudesektor entworfen. Es wird aufgezeigt, dass ein funktionsfähiges, downstream ansetzendes Cap and Trade-System im Gebäudesektor zu akzeptablen Transaktionskosten umsetzbar wäre, denn bei der Ausgestaltung ließen sich bestehende Institutionen in großem Umfang nutzen
Molecular imprinted polymerblend membranes and particles via nonsolvent induced phaseseparation
No full textDiese Arbeit wurde als eine Fortsetzung einer vorherigen Forschungsarbeit aufgenommen. Zuerst wurde mit der Herstellung der Membranen begonnen. Um die Herstellung von Membranen zu jeder Zeit mit gleichen Charakteristiken und Porenstruktur ganz unabhängig von Person und Umgebungsbedingungen zu ermöglichen, wurde eine Maschine konzipiert. Die Umsetzung von der Idee des Konzeptes in die Wirklichkeit konnte problemlos verwirklicht werden. Die Membranherstellmaschine erfüllte alle Erwartungen. Damit konnten intensivere Forschungsarbeiten bezüglich der Änderung der Porenstruktur in Abhängigkeit der gewählten Herstellungsbedingungen durch NIPS in Verbindung mit VIPS verwirklicht werden. Außer für diese Arbeit wurde die Maschine auch für weitere Arbeiten benutzt. Sie wird auch weiterhin noch für die Forschung verwendet.
Mittels der Membranherstellmaschine konnten die Einflüsse der Eintauchwinkel, Ziehgeschwindigkeit und Verweilzeitverhalten an der vorgegebenen Atmosphäre erforscht werden. Die Änderung der Ziehgeschwindigkeit zeigte keine besondere Auffälligkeit an der Membran. Der Eintauchwinkel dagegen spielt eine wichtige Rolle, besonders wenn mit einer hydrophoben Membran gearbeitet wird. In einem solchen Fall sollte die Membran möglichst in einem großen Winkel in das Fällbad eingetaucht werden, damit ein gleichmäßiges Benetzen der Oberfläche der Polymerlösung mit dem Fällungsmittel gewährleistet wird.
Dioxan wurde als ein alternatives Lösungsmittel zum bekannten DMSO für das System aus CA/SPS untersucht. Das Dioxan lieferte dabei besonders dichte Membranen mit niedriger Schichtdicken.
Zusätzlich wurden die bisher angewandte NIPS mit der VIPS kombiniert. Separat dazu wurde eine andere Membran, die aus der gleichen Polymerlösung hergestellt worden war, durch EIPS in Zusammenhang mit VIPS hergestellt. Dabei ergaben sich Ähnlichkeiten beider Membranen, wenn die NIPS mit VIPS lange genug an der Atmosphäre mit Wasserdampf aufhielt.
Mit der Auswahl an Materialien für die Membran können die verschiedenen Techniken zur Herstellung der Membran (EIPS, NIPS, VIPS) kombiniert werden. Damit ergeben sich viele Möglichkeiten, die noch ausprobiert werden können. Dadurch kann sicherlich noch die Porenstruktur der Membran in der gewünschten Richtung, für eine möglichst hohe Porosität, einer sehr hohen spezifischen Oberfläche unter Vermeidung der Makrovoids gesteuert werden.
Ein weiterer besonders wichtiger Teil dieser Arbeit ist das molekulare Prägen. Die Vorarbeiten wurden hierbei nochmal, mit positivem Ergebnis, auf die Reproduzierbarkeit überprüft.
In dieser Fortsetzung wurden dünne Membranen hergestellt, um die Kapazität der Imprints pro Volumeneinheit der Membranen zu erhöhen und damit auch die Selektivität zu steigern. Die Porenstruktur der etwa 10 fach dünneren Membran weist Unterschiede im Vergleich zu den dicken Membranen. Beim Trocknen verliert eine dünne Membran weniger an Schichtdicke als eine dicke Membran. Der Grund liegt in der Porenstruktur. Die Porositätsmessungen haben gezeigt, dass die dünneren Membranen eine höhere Porosität zeigen.
Die Sorptionsversuche lieferten für die spezifischen Bindungen keine Erhöhung der Selektivität aber die Kapazität konnte um fast die doppelte Größe gesteigert werden (s. Abb. 6.21). Wegen der niedrigen Selektivität wurde der Einfluss des Extraktionsmittels (Methanol) auf die Membran untersucht. Die Porenstruktur und die Membranoberflächen zeigen erheblich große Unterschiede in den REM Bildern. Die Bilder haben ein Verdacht auf die Zerstörung der Imprints durch das Methanol gezeigt. Um den Effekt zu verringern wurde das Methanol mit Wasser vermischt. Als solches wurde die Mischung aus 50/50 MeOH/H2O mit purem Methanol in den Sorptionsversuchen erforscht. Allein die reine Adsorption von RhB mit Membranen, die mit der Mischung von MeOH/H2O durchgeführt worden ist, zeigte eine höhere Adsorption. Die spezifischen Bindungen ergaben für die länger (24 Std.) extrahierten Membranen mit MeOH/H2O doppelt so große Werte (s. Abb. 6.28). Mit diesem Versuch konnte gezeigt werden, dass pures Methanol für die Extraktion und für die Desorption besonders für dünne Membranen sich nicht eignet. Der Extraktionsschritt kann weiterhin in dieser Richtung optimiert werden.
Eine Alternative zu dünnen Folien waren die Partikel aus derselben Polymermischung. Durch pneumatische Zerstäubung der Polymerlösung direkt in das Fällungsmittel konnten molekular geprägte Partikeln durch Fällungsmittel induzierte Phasenseparation hergestellt werden. Die Herstellung ist sehr gut gelungen. Die Partikeln konnten mittels einer Sieb-Schüttel-Maschine in verschiedene Größenbereiche fraktioniert werden. Die Porenstruktur und Oberflächenbeschaffenheit der Partikeln konnten anhand von Bildern, aus Lichtmikroskop und REM, genau beschrieben werden. Mit dem Lichtmikroskop konnten die Partikeln durchleuchtet und die Form und Richtung der Makrovoids erkannt werden. Es wurde bestätigt, dass die geprägten Partikeln eindeutig größere spezifische Oberflächen aufweisen, als ungeprägte. Außerdem besitzen die geprägten MIP Partikeln größere Porenvolumen unterhalb 80 µm Porendurchmesser. Die spezifische Oberfläche wurde durch die Herstellung von Partikeln gegenüber von dicken Membranen bis zu drei Mal erhöht werden. Sorptionsversuche ergaben für die Partikeln keine besonders hohe Selektivität. Die Kapazität der spezifischen Bindungen wurde von den dicken Membranen zu den Partikeln verdoppelt.
Unter Verwendung einer Düse mit kleinerer Öffnung mit höherem Druck ließe sich die Ausbeute an kleineren Partikeln erhöhen. Dadurch ließe sich der Übergang von Mikropartikeln zu feinem Pulver (Nanopartikeln) verwirklichen. Kleinere Partikeln versprechen höhere spezifische Oberflächen mit einer besseren symmetrischen Struktur. Der Durchmesser der Partikeln steht auch im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit für die Sorption, da die Flüssigkeit von der Partikeloberfläche zum Kern eine kürzere Strecke durchdringen muss.
Zum Schluss dieser Arbeit wurde das Templat RhB durch das Protein Lysozym ersetzt. Das Lysozym wurde dabei trocken oder wässrig in die Polymerlösung beigemischt. Die wässrige Zugabe des Lysozyms erfolgte mit und ohne Pufferlösung bei pH 7. In der Polymerlösung wurde der Lysozymanteil auch variiert. Das Lysozym zeigte eine Affinität gegenüber dem SPS. Daher wurde der SPS Anteil auch in der Polymerlösung gesteigert. Die Sorptionsversuche zeigten keine Selektivität von MIP zu NIP. Es konnten auch keine Änderungen bezüglich des Puffers festgestellt werden. Für die Bindungskonstanten der NIP und MIP ergaben sich Werte unterhalb der der Antikörper-Antigene. Damit wurde bestätigt, dass das Templat nicht mit dem Polymer in einer derartigen Wechselwirkung steht. Die Auswahl der Materialien ist aus diesem Grund und wegen der nachgewiesenen Affinität gegenüber dem SPS gut ausgewählt. Es müssen lediglich an den Bedingungen weiter gearbeitet werden. Ein großer Teil des Templates konnte nach dem Extrahieren noch auf der Membran entdeckt werden. Die Extraktion muss noch weiterhin optimiert werden.
Insgesamt zeigt die Arbeit das Potential dieses relativ einfachen Verfahrens zur Herstellung von geprägten Materialien; gleichzeitig die Limitierung insbesondere in Bezug auf die Selektivität der erhaltenen Materialien