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Magnetic measurements on single-phase and composite multiferroics
No full textThis thesis focuses on the detailed characterization of multiferroic phenomena in single-phase and composite materials, which have become a key aspect of research interest due to their
numerous possible uses for application purposes. The main topic deals with the interplay of electric and magnetic material properties, linked either intrinsically in single-phase materials or via a mediator such as strain coupling in purposefully engineered biphasic composites. The influence of different material compositions, synthesis techniques and resulting morphologies was analyzed in order to obtain a detailed overview of the physical phenomena that govern the strength of magnetoelectric (ME) coupling. The main methods used for this purpose include Mössbauer spectroscopy, a non-destructive nuclear physical method utilizing resonant
absorption of radiation, as well as a magnetoelectric measurement setup. Latter is based on a modified SQUID AC susceptometer, making it possible to record the magnetic response of ceramic samples exposed to electric fields with high precision.
One section of this thesis is devoted to the single-phase material bismuth ferrite (BiFeO3), which is antiferromagnetic and ferroelectric. This multiferroic property was never utilized for applications, as its antiferromagnetic nature leads to zero net magnetic moment. It was discovered that BiFeO3 contains a long range modulation of magnetic moments (spin cycloid), which is incommensurable with the crystal lattice. Furthermore, weak ferromagnetism was observed in nanoparticles, which was the main motivation for our measurements. Using Mössbauer spectroscopy, we examined the behavior of this spin cycloid in great detail while recording spectra in a large temperature range (4K- 800 K), for different particle sizes (54nm- 1 m). This allowed
us to assess the temperature dependence of the spin cycloid, which was distorted towards an anharmonic state at lower temperatures, while no significant influence of the particle size was witnessed. This work represents the first instance of the anharmonic cycloid being characterized in detail for nanoparticle samples in a wide temperature range. The second section deals with a number of composite ceramics that combine magnetostrictive and piezoelectric materials with different constituents and connectivity schemes. These were
characterized with our converse ME measurement setup at different temperatures (4K- 350 K) and applied magnetic fields (±5 T), in order to ascertain their behavior, and to optimize the measurement parameters. This was followed by the recording of the electric field dependence of sample magnetization, providing direct access to the converse ME coupling coefficient, which provides a measure for the strength of ME coupling in our samples. Through the course of
our work, we were able to significantly increase the coupling coefficient by modifications of the sample composition, preparation and constituents. Our studies also provide information about
the underlying physical driving forces that affect the strength of the ME coupling, while also uncovering possible pitfalls of the measurement setup. The knowledge of these factors made it
possible to effectively optimize our samples, allowing us to increase coupling coefficients nearly fourfold relative to our initial work.Diese Arbeit beschäftigt sich mit der detaillierten Charakterisierung multiferroischer Phänomene in einphasigen Materialien und Verbundmaterialien, die wegen ihrer möglichen Anwendungen in
den Fokus der Wissenschaft gerückt sind. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Zusammenspiel elektrischer und magnetischer Eigenschaften, welche entweder intrinsisch oder über Vermittler, wie die mechanische Spannung, miteinander gekoppelt sind. Der Einfluss verschiedener Materialzusammensetzungen, Synthesemethoden und daraus resultierender Morphologien wurde analysiert, um eine Übersicht der physikalischen Phänomene zu erhalten, welche die Stärke der magnetoelektrischen (ME) Kopplung bestimmen. Bei den hauptsächlich verwendeten Methoden
handelt es sich um Mössbauerspektroskopie, einer zerstörungsfreien kernphysikalischen Messmethode, die auf der resonanten Absorption von Strahlung beruht, und um einen Aufbau für ME Messungen. Letzterer basiert auf einem modifizierten SQUID AC Suszeptometer,
was die Messung der magnetischen Reaktion auf elektrische Felder erlaubt. Ein Abschnitt der Arbeit ist dem einphasigen Material Bismutferrit (BiFeO3) gewidmet, welches gleichzeitig antiferromagnetisch und ferroelektrisch ist. Diese multiferroische Eigenschaft wurde nie genutzt, da das antiferromagnetische Material keine Nettomagnetisierung besitzt. Es ist bekannt, dass BiFeO3 eine langreichweitige, mit dem Kristallgitter inkommensurable Modulation
der magnetischen Momente aufweist (Spin-Zykloide). Weiterhin wurde schwach ferromagnetisches Verhalten in BiFeO3-Nanopartikeln beobachtet, was die Hauptmotivation für unsere Messungen war. Mittels Mössbauerspektroskopie konnten wir das Verhalten dieser Spinzykloide im Detail beobachten, während Spektren in einem sehr weiten Temperaturbereich (4K- 800 K) für verschieden große (54nm- 1 m) Partikel aufgenommen wurden. Dies erlaubte uns die
Observierung der Temperaturabhängigkeit der Spinzykloide, welche bei tiefen Temperaturen zunehmend verzerrt und anharmonisch wurde, während kein nennenswerter Einfluss der Partikelgröße
zu sehen war. Im Zuge dieser Arbeit wurde erstmalig die anharmonische Zykloide in Nanopartikeln im Detail temperaturabhängig charakterisiert.
Im zweiten Abschnitt beschäftigen wir uns mit Kompositen, welche aus einer magnetostriktiven und piezoelektrischen Phase mit verschiedenen Bestandteilen und Konnektivitäten bestehen.
Diese wurden bei verschiedenen Temperaturen (4K- 350 K) und angelegten Magnetfeldern (±5 T) charakterisiert, sodass ihr Verhalten beobachtet und die Messparameter optimiert werden
konnten. Es folgte die Aufnahme des magnetischen Signals in Abhängigkeit von angelegten elektrischen Feldern, was die Berechnung des konversen ME Koeffizienten erlaubt, der ein Maß
für die Stärke der ME Kopplung darstellt. Somit konnten wir den Kopplungskoeffizienten durch Modifikation der Probenbestandteile, Präparation und Zusammensetzung stark erhöhen. Wir
erhielten so Informationen über die zugrundeliegenden physikalischen Phänomene des ME Effekts, während auch potentielle Probleme des Messaufbaus erkannt wurden. Das Wissen über diese Faktoren ermöglichte die Optimierung der Probeneigenschaften, sodass der Kopplungskoeffizient verglichen mit unseren ersten Arbeiten um etwa den Faktor 4 erhöht werden konnte
Concentration-Gradient-Method for improvement of precision and accuracy of isotope ratio analysis using quadrupole based inductively coupled plasma-mass spectrometry
No full textIsotopenverhältnisbestimmungen tragen zur Lösung vieler analytischer Probleme, wie der Identifizierung und Herkunftsbestimmung verschiedener Proben, bei. In den letzten Jahren nahm die Anzahl der Publikationen, die sich mit dem Thema der Bestimmung stabiler Isotopenverhältnisse befassen, durch die Einführung der (Laser-Ablation-)Multikollektor-Induktiv-gekoppeltes-Plasma Massenspektrometrie (MC-ICP-MS) enorm zu. Allerdings ist der größte Nachteil dieser MC-ICP-MS Systeme die sehr hohen Anschaffungskosten. In diesem Zusammenhang, ist das Ziel dieser Dissertation, ein neues Verfahren für die in der Routine etablierten Quadrupol basierten ICP-MS (ICP-QMS) Systeme zu entwickeln, welches präzisere und richtigere Isotopenverhältnisbestimmungen ermöglicht. Die neu entwickelte Methode basiert auf dem konstanten Verhältnis der Isotope bei Änderung der Probenkonzentration. Durch eine entsprechende Messung lässt sich, mittels gegenseitiger Auftragung der Signalintensitäten, der lineare Zusammenhang durch ein geeignetes Regressionmodell beschreiben. Dadurch bedingt diese Methode eine Anpassung des Messablaufs gegenüber dem klassischen Messverfahren. Anstelle von nur einer definierten Konzentration, wird nun eine Konzentrationsreihe der Probe gemessen und die erhaltenen Signalintensitäten werden in einem x,y-Diagramm gegeneinander aufgetragen. Dabei liegen die unterschiedlichen Konzentrationsschritte der betrachteten Isotope auf einer Geraden. Die Steigung dieser Geraden definiert das Isotopenverhältnis. Da die Signalintensitäten beider Isotope einer Messstreuung unterliegen, muss zur Berechnung das Orthogonal-Distance-Regression Modell verwendet werden. Diese Messund Auswertemethode wird als Concentration-Gradient-Method (CGM) bezeichnet. Das Besondere an dieser Methode ist die signifikante Erhöhung der Präzision und Richtigkeit der Isotopenverhältnisbestimmung mittel ICP-QMS. Darüber hinaus wird ein signifikanter Achsenabschnitt durch die lineare Regression beschrieben. Es konnte gezeigt werden, dass dieser Achsenabschnitt aus konstanten Interferenzen resultiert, die das Isotopensignal überlagern. Konstante Größen, die solch einen Achsenabschnitt verursachen können, sind Signalrauschen, polyatomare Interferenzen des Messsystems sowie Interferenzen des Verdünnungsmediums. Im Laufe des Optimierungsprozesses zeigte sich, dass transiente Messungen präzisere Ergebnisse liefern, da die Genauigkeit des Modells von der Anzahl der einfließenden Datenpunkte abhängt. Aus diesem Grund wurde ein Software Programm geschrieben, das die sehr zeitintensive Auswertungen erheblich erleichtert und somit eine enorme Zeitersparnis ermöglicht. Die Präzisionssteigerung und Robustheit dieses Verfahrens konnte anhand von Vergleichsmessungen von definierten Isotopen Standard-Referenz-Lösungen, die unter der Bedingung eines sehr schlechten Signal-Rausch-Verhältnisses (S/N) gemessen wurden, gezeigt werden. Die neu entwickelte CGM konnte eine signifikante Steigerung der Richtigkeit erzielen. Unabhängig vom S/N, konnten bei Reproduzierbarkeitstests Wiederfindungsraten (WFR) von 103 % erreicht werden, während die klassische Messmethode eine Verschlechterung der WFR auf bis zu 123 %, in Abhängigkeit vom Signal-Rausch-Verhältnis, zeigte. Zudem konnten mittels CGM erstmals plausible Messungen des Schwefel-Isotopenverhältnisses ohne Verwendung der Kollisions-/Reaktionszelle der ICP-QMS an Gips-Proben unterschiedlicher Herkunft durchgeführt werden. Die Herkunftsbestimmung von Lebensmitteln ist ein wichtiges Anwendungsgebiet der Isotopenverhältnisanalyse radiogener Sr Isotope. Allerdings erfordert diese Bestimmung eine komplexe Probenvorbereitung mittels fraktionierter Ionenaustauschchromatographie zur Vermeidung von isobaren Interferenzen durch Rb-Abtrennung. Im Rahmen dieser Dissertation wurde daher eine Probenvorbereitung auf Basis der klassischen SrCO3 Fällung entwickelt, die bei verschiedenen Mineralwasser und Weinproben eine, verglichen mit dem bisherigen Verfahren, um den Faktor 2 bis 5 höhere Abtrennrate erzielte. In Kombination mit der CGM konnten Mineralwasser- und Weinproben anhand ihres Sr-Isotopenverhältnisses bezüglich Herkunft und Sorte charakterisiert werden. Das entwickelte kosteneffiziente und sehr effektive Probenvorbeitungsverfahren führt ebenfalls zu einer maßgeblichen Steigerung der Bedeutung der Isotopenverhältnisbestimmung, mittels der weitverbreiteten und in der Routineanalytik etablierten ICP-QMS. Zuletzt wurde eine simple und effektive Modifikation der CGM durch Nutzung einer Kontinuierlichen-Fluss-Apparatur (CFA) entwickelt, um die kontinuierliche Änderung einer definierten Start-Konzentration einer Probe zu ermöglichen. Ziel dieser Anpassung ist eine Reduktion der benötigten Probenmenge und die Maximierung der Kosteneffizienz, durch Minimierung der benötigten Probenvorbereitungsschritte. Zusätzlich führt dies zu einer Vermeidung von Fehlern und Kontaminationen durch die Reduktion von Pipettierschritten. Das kontinuierliche Verdünnungsverfahren ergab, im Bezug zur vorher beschriebenen diskontinuierlichen CGM, um den Faktor 3 präzisere Bestimmungen der Isotopenverhältnisse von Standard-Referenz-Lösungen, durch Vermeidung von Plasma-Störungen durch Luftblasen. Das schlechtere S/N bei Interferenz-Experimenten zeigte lediglich einen Einfluss auf die Präzision, jedoch wurde die Richtigkeit nicht beeinflusst (99,8 % WFR). Zusammengefasst ist der Ansatz der kontinuierlichen Verdünnung eine einfache und leistungsfähige Modifikation der hier entwickelten CGM.Isotope ratio analysis makes it possible to approach many analytical problems concerning the identity and provenance of different samples. In recent years the number of published applications on this topic increased greatly since introduction of stable isotope analysis by means of (Laser-Ablation) Multi-Collector-inductively-coupled-plasma mass spectrometer. However, the main disadvantage of these highly precise, so-called MC-ICP-MS, devices are very high investment costs. In this context, this thesis deals with the development of a novel approach to measure and evaluate more precise and accurate isotope ratios using commonly established and widespread quadrupole based ICP-MS (ICP-QMS) as it is possible by means of the common approach. The newly developed method is based on the constant isotope ratio at changed sample concentration. By means of an appropriate measurement setting, the linear relationship can be described by a suitable regression model by means of a mutual plot of signal intensities. As a result, this method requires a modification of the measurement procedure with respect to the classical method. Instead of measuring one well defined concentration, the measurement of a concentration series of the sample has to be performed. The resulting signal intensities of each isotope are plotted against each other in an x,y-diagram. The different concentrations of the samples correlate by a linear model. The slope of the estimated line is per definition the isotope ratio. Since both data sets are influenced by uncertainties the use of an orthogonal-distance-regression (ODR) model is required. This measurement and evaluation approach is called Concentration-Gradient-Method (CGM). One particularity of this kind of data evaluation is a significant increase of precision and accuracy of the isotope ratio determination performed with ICP-QMS. Moreover, a significant intercept is expressed by linear regression. It could be demonstrated that this intercept is a consequence of constant interference overlapping the isotope signals. Constant values that may cause such interference are signal noise and polyatomic interference of the measuring system as well as isobaric interference of the dilution medium. In the course of the optimization process, it was shown that transient measurements yield more precise results since the accuracy of the model depends on the incoming number of data points. For this reason, a program was written that greatly facilitated the very time-intensive analysis and thus allowed an enormous time-saving. The enhanced precision and accuracy by means of CGM could be demonstrated in comparative measurements using defined isotope standard-reference-solutions, which were measured under the condition of very poor signal-noise-ratios (S/N). A significant improvement of the accuracy could be achieved by means of CGM. In reproducibility test the newly developed CGM achieved a recovery rate of 103% independent of S/N, while the classical measurement approach showed a deterioration of the recovery rate up to 123%. In addition, only the use of CGM enabled plausible measurements of the sulphur isotope ratio even without using the collision/reaction cell of the ICP-QMS in gypsum samples of different origins. The massive interference of 16O2 on the signals of 32S were compensated by the intercept of the regression line, so that no further signal treatment was necessary. An further important application of isotope ratio analysis is the radiogenic Sr isotopic ratio determination for the identification of the origin of diverse food products to identify counterfeit products. However, this determination requires a complex sample preparation in the form of Rb separation by means of fractionated ion exchange chromatography to avoid isobaric interferences. Within the scope of this thesis, an alternative sample preparation procedure was developed based on the classical SrCO3 precipitation reaction. By this approach a two to five times better separation of Rb and Sr was achieved in mineral water and wine samples than in the standard approach. In combination with the CGM, mineral water and wine samples could be characterised by their Sr isotope ratio depending on their origin and varietal. The here developed cost-efficient and very effective sample preparation procedure increase the importance of isotope analysis by means of the widespread and in the routine analytic established ICP-QMS to a certain extant. Finally, a simple and effective modification of the CGM was developed using common Continuous-Flow-Analysis (CFA) techniques to allow a continuous change of a defined start concentration of a sample. The aim of this modification was a reduction of sample volume and maximisation of cost-efficiency due to minimisation of sample preparation steps, that also cause an avoidance of errors or contaminations by the reduction of pipetting steps. The continuous dilution method yielded three times more accurate results of the isotope ratio determination of different standard-reference-solutions with respect to previously described discontinuous CGM. The improvement was mainly caused by avoiding plasma disruption by air bubbles. Interference experiments additionally showed an influence on the precision, due to the decreased S/N, but the accuracy was still not affected (99.8 % WFR). In summary, the approach of continuous dilution is a simple and powerful modification of the here developed CGM
Social media as a deliberative arena? Environmental protection bureaus meet netizens on Sina Weibo in China
No full textThis dissertation analyzes the interactions of netizens and environmental protection bureaus (EPB) in China as a case of authoritarian deliberation. To do so the characteristics setting social media apart from traditional ones are elaborated to show their unprecedented potential for deliberative practices and how they changed the nexus of state-society-media relations. Against this backdrop an analysis of collected conversations from the social media platform Sina Weibo using a mixed methods approach is conducted. The mixed methods approach relies on descriptive statistics to assess the scope and depths of EPBs activities on the platform in general and in comparison with other state agencies. It is one of the first systematic assessments that allow to gauge the impact of state-society relation taking place on social media. The findings suggest that deliberative practices are already taking place to a significant degree on social media between state agencies and citizens, but only to a marginal degree in the field of environmental protection. This deviates from the original research assumptions which were based the gravity of issues related to environmental protection and the comparatively high levels of interaction in other policy fields.
Based on the insights gained by the quantitative assessment a region in China exhibiting high levels of activity in the field of environmental protection was selected for the second part of the mixed methods approach. This part uses qualitative content analysis to examine in detail the interactions of a group of selected EBPs representing the prefecture level city of Jiaxing. The qualitative evaluation uses a framework developed to assess local e-government services. The findings suggest that at least in this area deliberation between EPBs and netizens occurs regularly. The state agencies are responsive to societal input and can to some extent be pressurized to take action. The most dominant aspects brought into the interactions from the societal sphere can be related to the tasks of public service provision and transparency.
This study complements the existing scholarly insights on social media and state-society relations by showing not only the extent to which authoritarian deliberation is already taking place in China’s social media platforms but also by carving out its effects on state-society relations. The observed deliberative practices suggest that social media can contribute to enhance the responsiveness of local governments, increase the quality of local governance and serve as a multidirectional communication platform crossing - not only - the state-society divide.Diese Dissertation analysiert die Interaktionen von Internetnutzern und Umweltschutzbüros (EPB) in China als Fall von autoritärer Deliberation. Zu diesem Zweck werden die Charakteristika herausgearbeitet, die soziale Medien von traditionellen unterscheiden, um ihr Potenzial für deliberative Praktiken aufzuzeigen und um herauszuarbeiten, wie sie die Interdependenz zwischen Staat, Gesellschaft und Medien verändert haben. Vor diesem Hintergrund wird eine Analyse von gesammelten Interaktionen der social-media Plattform Sina Weibo mit Hilfe eines mixed-methods Ansatz durchgeführt. Dieser Ansatz verfolgt ein off-set Design und stützt sich einerseits auf deskriptive Statistiken, um den Umfang und die Tiefe der Aktivitäten der EPBs auf der Plattform im Allgemeinen und im Vergleich zu anderen staatlichen Agenturen zu bewerten. Dies ist einer der ersten systematischen Erfassungen dieser Interaktionen, die es ermöglicht, die Implikationen auf die Beziehungen zwischen Staat und Gesellschaft durch sozialen Medien in dieser Hinsicht zu messen. Die Ergebnisse legen nahe, dass Beratungsprozesse in den sozialen Medien zwischen staatlichen Stellen und Bürgern bereits in erheblichem Maße stattfinden, im Bereich des Umweltschutzes jedoch nur marginal. Dies weicht von den etablierten Forschungsannahmen ab, die darauf beruhen insbesondere Umweltschutz als sensitives Politikfeld zu sehen. Zudem weisen andere Politikbereiche in sozialen Medien einen vergleichsweise hohen Grad an Interaktion auf.
Basierend auf den Erkenntnissen der quantitativen Bewertung wurde für den zweiten Teil des mixed-methods Ansatzes eine Region in China ausgewählt, die eine hohe Aktivität zwischen Netizens und EPBs im Bereich des Umweltschutzes aufweist. Dieser Teil der Arbeit verwendet qualitative Inhaltsanalyse, um die Interaktionen einer Gruppe ausgewählter EBPs, die die bezirksfreie Stadt Jiaxing repräsentieren, im Detail zu untersuchen. Die qualitative Bewertung greift dabei auf einen Analyserahmen zurück, der entwickelt wurde, um lokale E-Government-Dienste zu bewerten. Die Ergebnisse legen nahe, dass zumindest in dieser Region regelmäßig Interaktionen im Sinne deliberativer Praktiken zwischen EPBs und Netizens stattfinden. Die staatlichen Stellen reagieren auf den gesellschaftlichen Input und können unter, in gewissen Grenzen, unter Druck gesetzt werden, Maßnahmen zu ergreifen. Die dominierendsten Aspekte, die in die Interaktionen von den Bürgern eingebracht werden, lassen sich auf die Analysekategorien der Erbringung öffentlicher Dienstleistungserbringung und der Transparenz zurückführen.
Diese Studie ergänzt die vorhandenen wissenschaftlichen Erkenntnisse zu sozialen Medien und zu den Beziehungen zwischen Staat und Gesellschaft in autoritären System wie China, indem sie nicht nur das Ausmaß autoritärer Deliberation anhand von Chinas Sina Weibo Plattform aufzeigt, sondern auch deren Auswirkungen auf die Beziehungen zwischen Staat und Gesellschaft herausgearbeitet. Die beobachteten deliberativen Praktiken legen nahe, dass soziale Medien dazu beitragen können, die Reaktionsfähigkeit lokaler Regierungen zu verbessern, die Qualität lokaler Governance zu verbessern und als multidirektionale Kommunikationsplattform zu dienen, die nicht nur die Kluft zwischen Staat und Gesellschaft überschreitet
Analyse und Optimierung der Folienkühlung in industriell betriebenen Hochleistungsblasfolienextrusionsanlagen mittels integrativer Prozessmodelle
No full textEine Möglichkeit kontinuierlich dünnwandige Folien herzustellen ist die Blasfolienextrusionstechnik. Unter Berücksichtigung ökonomischer Gesichtspunkte werden Anstrengungen unternommen, den Ausstoß dieser kunststoffverarbeitenden Anlagen zu steigern. Hierzu wird sowohl auf wissenschaftlicher als auch industrieller Seite versucht, verfahrenstechnische Anlagenkomponenten zu verbessern. Limitierungen hinsichtlich der angestrebten Intensivierung des Anlagenausstoßes lassen sich fast ausschließlich auf die Grenzen in der Extrudatkühlung zurückführen. Demnach steht der Wärmetransport zwischen heißem Folienschlauch und eingesetzter Kühlluft im Vordergrund vieler Untersuchungen. Dabei ist eine Entwicklung neuer oder die Weiterentwicklung bestehender maschinenbaulicher Komponenten eng mit der Notwendigkeit des Prozessverständnisses verknüpft. Besonders ist dies für alle Vorgänge innerhalb der Schlauchbildungszone zutreffend.
Im Rahmen dieser Arbeit werden Möglichkeiten aufgezeigt, industriell betriebene Hochleistungsblasfolienextrusionsanlagen unter Verwendung aufgestellter Modellansätze zu analysieren und zu optimieren. Es werden Potentiale zur Leistungssteigerung industrieller Blasfolienextrusionsanlagen und ein alternativer Ansatz zur Übertragung von Folieneigenschaften bzw. Prozesszuständen zwischen Anlagen mit deutlichem Maßstabsunterschied vorgestellt.
Der verwendete Modellansatz zur Abbildung industrieller Blasfolienextrusionsanlagen erlaubt die in Realität stattfindenden, dynamischen Wechselwirkungen zwischen eingesetztem Kühlmedium und dessen Einfluss auf die Folienkonturausformung zu beschreiben. Hierzu setzt sich das Modell aus zwei Modulen zusammen. Ein Modul dient der numerischen Berechnung der thermischen und strömungsmechanischen Phänomene, das andere Modul wird zur Beschreibung der Folienkonturausbildung, basierend auf einem rheologischen Materialmodell, verwendet. Um eine modelltechnische Abbildung von Hochleistungsblasfolienextrusionsprozessen zu gewährleisten, erfolgt eine Erweiterung des von Bussmann [Bus10] entwickelten ganzheitlichen Prozessmodells.
In dieser Arbeit erfolgt die erstmalige Implementierung einer Blaseninnenkühlung in die Modellbildung. Das sich einstellende Druckprofil und die aktive Beeinflussung des Wärmetransportes auf der Innenseite der Folienkontur werden in die Gesamtbetrachtung einbezogen. Es werden alle den Ausformungsprozess der Folienkontur beeinflussenden Prozessparameter berücksichtigt. Zur genauen Beschreibung des Verstreckprozesses wird darüber hinaus das material- und höhenabhängige Foliengeschwindigkeitsprofil experimentell bestimmt und integriert. In Kombination mit einer zuvor erarbeiteten, prozessnahen Modellkalibrierung kann gezeigt werden, dass sich die angepasste Modellbildung zur Abbildung von Hochleistungsblasfolienextrusionsprozessen eignet.
Der erweiterte Modellierungsansatz wird anschließend dazu genutzt, eine konkrete Abkühlsituation an einer industriell betriebenen Blasfolienextrusionsanlage zu analysieren und den Wärmetransport zwischen Kühlluft und (Co-)extrusionsfolie zu verbessern. Es wird gezeigt, dass sich Verbesserungen des Wärmeaustausches durch passiv wirkende Kühlluftführungselemente erreichen lassen. Das Ziel besteht darin, die Interaktion zwischen schnellströmender Kühlluft und ruhender Umgebungsluft weitestgehend hinauszuzögern. Zur Analyse der Strömungs- und Wärmeübertragungsphänomene wird eine automatisierte und standardisierte Möglichkeit vorgestellt, mit der Ergebnisse aus den Strömungssimulationen quantitativ bewertet werden können. Dies beinhaltet u.a. die Bewertung höhenabhängiger Strömungsgeschwindigkeitsprofile der Kühlluft entlang der gekrümmten Folienoberfläche. Unter Verwendung der rechnergestützten Modellierung konnte in der vorliegenden Arbeit eine deutliche Verbesserung der Strömungssituation – bei sonst gleichbleibenden Randbedingungen – realisiert werden. Auch die experimentelle Validierung innerhalb einer industriellen Produktionsumgebung konnte eine verbesserte Strömungsführung bzw. Kühlung der Folie bestätigen. Produktionsseitig ermöglicht die angepasste Kühlluftführung den Anlagenausstoß um bis zu zehn Prozent zu steigern. Dabei werden sowohl industriell geforderte Produkt- als auch prozessnahe Anforderungen berücksichtigt.
Virtuell generiertes Prozessverständnis wird dazu genutzt, eine neuartige Methode zur Intensivierung des Wärmeaustausches zu konzeptionieren. Das als Sekundärluftvorkühlung bezeichnete Konzept ermöglicht es das Potential vorliegender Strömungsbedingungen zur Intensivierung der Folienkühlung auszunutzen. Durch gezielte Vorkühlung angesaugter Umgebungsluft kann die Folienkühlung sowohl für den Technikums- als auch Industriemaßstab positiv beeinflusst werden.
Neben der Intensivierung der Ausstoßleistung, befassen sich folienproduzierende Unternehmen auch mit der Entwicklung neuer, innovativer Folienrezepturen. Diese werden im Regelfall zunächst auf kleinen Blasfolienextrusionsanlagen im Technikumsmaßstab erprobt, was die Festlegung aller prozessbeeinflussenden Größen beinhaltet. Die nachträgliche Übertragung von Prozesszuständen bzw. Folieneigenschaften auf einen deutlich vergrößerten Maßstab (Düsendurchmesser ≥ 600 mm) stellt Unternehmen vor große Herausforderungen. Der als Scale-up bzw. von Produktions- auf Technikumsanlage als Scale-down bezeichnete Vorgang bedarf einer systematischen und physikalisch begründeten Herangehensweise. Aufbauend auf bestehenden Scale-up / Scale-down Ansätzen, wird eine prozessorientierte Strategie präsentiert. Diese basiert auf der Idee, dass ein Folienelement während der Konturausbildung eine vergleichbare lokale und globale thermomechanische Materialbeanspruchungshistorie erfährt. Es kann gezeigt werden, dass sich die entwickelte Strategie dazu eignet – unter Berücksichtigung notwendiger Einschränkungen – eine Übertragbarkeit sowohl von Prozesszuständen als auch Folieneigenschaften zu gewährleisten. Unter Beachtung anlagenseitiger Randbedingungen und der konsequenten Anwendung numerischer Strömungssimulationen, können im Vorfeld Prozesseinstellungen identifiziert werden, die eine Übertragbarkeit gewährleisten. Ausgehend von einem industriell gefertigten, 3-schichtigen Folienverbund wird anhand von experimentellen Untersuchungen gezeigt, dass eine Übertragbarkeit auch für Scale-up / Scale-down Faktoren von 10 realisierbar ist.The blown film extrusion technique is one way to continuously produce thin-walled films. By considering economic aspects, engineers have made efforts to increase the output of such plastics-processing units by improving the process-engineered unit components from a scientific as well as industrial perspective. Yet possible constraints to this endeavor are almost always traced back to limitations in the extrudate cooling. Thus, the heat transport between the hot film tube and the applied cooling air is the primary issue in many investigations. The development of new or the improvement of existing engineered components is closely linked with the necessity of process understanding. This is especially the case for all processes within the bubble formation zone.
This current work presents options to analyze and optimize industrially operated high-performance blown film extrusion units by exploiting established model approaches. Presented here are potentials for improving the performance of industrial blown film extrusion units as well as an alternative approach for transferring film properties or process conditions among units with markedly different scales.
The applied model approach for mapping industrial blown film extrusion units allows one to describe really occurring, dynamic interactions between the applied cooling medium and its influence on the shaping of the film contour. In this regard, the model is composed of two modules. One module serves for numerically calculating the thermal and fluid-mechanic phenomena; the other module is used for describing the shaping of the film contour, based on a rheological material model. To ensure a model mapping of high-performance blown film extrusion processes, the holistic process model developed by Bussmann [Bus10] is expanded here.
This current work shows the first-time implementation of an internal bubble cooling in the modeling. The equilibrating pressure profile and the active influencing of the heat transport on the inner side of the film contour are incorporated in the entire consideration. All the process parameters affecting the shaping process of the film contour are taken into account. Moreover, for precisely describing the stretching process, the material- and height-dependent film velocity profile have been experimentally determined and integrated. Combined with a previously established and process-related model calibration, it can be shown that the adapted modeling is suitable for mapping high-performance blown film extrusion processes.
The expanded modeling approach is subsequently used to analyze a concrete cooling situation on an industrially operated, blown film extrusion unit and to improve the heat transport between the cooling air and the (co-)extrusion film. It is shown that improvements in the heat exchange can be attained through passively acting cooling-air circulation elements. The aim here is to prolong, as far as possible, the interaction between the fast-flowing cooling air and the steady ambient air. For analyzing flow- and heat-transfer phenomena, an automated and standardized option is presented with which the results from the flow simulations can be quantitatively evaluated. Among others, this comprises the evaluation of height-dependent flow rate profiles of the cooling air along the curved film surface.
By using computer-aided modeling, the present work indicates that a clear improvement in the flow situation with otherwise constant boundary conditions could be realized. In addition, the experimental validation within an industrial production environment could confirm an improved flow control or cooling of the film. On the production side, the adapted cooling air circulation allows an up to 10% increase in the unit output. Industrially required product specifications as well as process-oriented specifications are hereby taken into account.
Virtually generated process knowledge is employed here to design a new method for intensifying the heat exchange. This concept, called ‘secondary air pre-cooling’, allows one to exploit the potential of present flow conditions for bolstering the film cooling. Through the targeted pre-cooling of intake air, the film cooling can be positively influenced for the pilot plant- as well as industrial scale.
Besides intensifying the output performance, film-producing companies are also dealing with the development of new, cutting-edge film formulations. Generally, these formulations are tested on small, blown film extrusion units on a pilot scale, which serves for setting all process-influencing parameters. The subsequent transfer of process conditions or film properties to a clearly greater scale (die diameters of ≥ 600 mm) poses huge challenges for companies. This so-called ‘scale-up’ process or — from a production plant to pilot plant perspective — ‘scale-down’ process needs to be handled in a systematic and physically substantiated manner.
Building on existing scale-up/scale-down approaches, this dissertation presents a process-oriented strategy based on the idea that, during contour shaping, a film element experiences a comparable local and global thermo-mechanical material stress history. It can be shown that the developed strategy is suitable by considering necessary constraints to ensure a transferability of process conditions as well as of film properties. Upon consideration of unit-related boundary conditions and the consequent use of numerical flow simulations, process settings could already be identified which guarantee transferability. Starting from an industrially fabricated, three-layer film composite, it has been shown, based on experimental studies, that transferability can be realized also for scale-up/scale-down factors of 10
Validity of transient elastography of the spleen in the diagnostics of liver disease
No full textZiele: Milzsteifigkeitsmessung mittels transienter Elastographie korreliert mit der Steifigkeit der Leber und dem hepatisch venösem Druckgradienten. Letzterer ist aktuell der genauste Vorhersagewert einer hepatischen Dekompensation. Unsere Studie möchte überprüfen, inwiefern die Milzsteifigkeit eine ähnliche Fähigkeit in der Prädiktion besitzt, dabei aber einfacher anzuwenden und nicht-invasiv ist. Weiterhin soll die Anwendbarkeit in einer realen Patientenkohorte getestet werden.
Methoden: 210 Patienten wurden untersucht und erhielten eine Messung der Lebersteifigkeit, der Milzsteifigkeit und eine Standardlaboruntersuchung des Blutes. Diese Patienten wurden daraufhin ein Jahr lang auf klinische Zeichen einer hepatischen Dekompensation untersucht.
Ergebnisse: 159 der ursprünglichen 210 Patienten hatten eine ordnungsgemäße Messung von Leber- und Milzsteifigkeit und konnten im Rahmen der Nachuntersuchung evaluiert werden. 12 Patienten erlitten eine hepatische Dekompensation, alle mit einer Milzsteifigkeit über 39kPa (p=0,0005). Besonders in einer Untergruppe von Patienten mit bereits erhöhter Lebersteifigkeit konnten Patienten mit einem hohen Risiko für eine Dekompensation mithilfe der Milzsteifigkeit identifiziert werden. Patienten mit vergleichbarer Lebersteifigkeit hatten eine signifikant niedrigere Milzsteifigkeit, wenn sie an einem akutem Leberschaden litten, als Patienten, die einen chronischen Leberschaden hatten (30,97 kPa vs. 46,03 kPa; p=0,04). 5 Patienten litten an einem akuten Leberversagen und hatten eine stark erhöhte Lebersteifigkeit (median 17,5 kPa), aber meist eine Milzsteifigkeit unter dem neu ermitteltem Grenzwert von 39 kPa (median 28,8 kPa).
Diskussion: Das Risiko einer hepatischen Dekompensation kann durch die Messung der Milzsteifigkeit bestimmt werden. Daher könnte die Milzsteifigkeit ein wertvolles Instrument zum Screening von Patienten, die intensivere Überwachung benötigen, werden. Die Milzsteifigkeit ist in der Lage zwischen akutem und chronischem Leberschaden zu unterscheiden
Bedeutung von Metformin als kausaler Faktor einer Metformin-assoziierten Laktatazidose – Konsequenzen für Diagnostik, Therapie und Prävention
No full textMetformin wird häufig als kausaler Faktor einer Metformin-assoziierten Laktatazidose (MALA) in Frage gestellt. Bei Patienten mit einer MALA wurde untersucht, welche Ursachen zur Entwicklung der MALA beigetragen haben, ob sich klinisches Erscheinungsbild, Schwere und Verlauf bei Patienten mit erhöhter Metforminkonzentration (> 5 mg/l) im Vergleich zu Patienten mit therapeutischer Metforminkonzentration (≤ 5 mg/l) unterscheiden, welche Differenzialdiagnosen bestehen, ob die Kumulation von Metformin als alleiniger Faktor eine Laktatazidose induzieren kann, es somit eine Metformin-induzierte Laktatazidose (MILA) gibt und welche Konsequenzen sich aus den erhobenen Befunden für Diagnostik, Therapie und Prävention einer MALA ergeben.
In einer retrospektiven Analyse wurden 17 eigene und 163 in der Literatur beschriebene Fälle mit einer MALA untersucht, bei denen die Metforminkonzentration im Serum gemessen worden war. Anhand der Metforminkonzentration und Einnahmeart (therapeutisch versus Überdosierung in suizidaler Absicht) erfolgte die Einteilung in folgende Gruppen: Eigene Patienten N = 17, Literatur: „Met > 5 mg/l“ N = 120, „Met ≤ 5 mg/l“ N = 28, „Überdosis“ N = 15. Alle eigenen Patienten hatten die MALA unter einer therapeutischen Metformindosis entwickelt. Bei ihnen und den Patienten der Gruppe „Überdosis“ lag die Metforminkonzentration > 5 mg/l. Als Kontraindikation wurde häufig eine chronische Nierenkrankheit (CKD) im Stadium ≥ 3 missachtet. Die Kumulation von Metformin wurde aber bei den nicht suizidalen Patienten durch ein akutes Nierenversagen (ANV) und nur in Einzelfällen durch eine CKD verursacht. Das Krankheitsbild der MALA ist unspezifisch. Es bestehen häufig gastroenterologische und neurologische Symptome, eine Hypothermie und ein rasch progredienter Verlauf. Häufigste Differenzialdiagnosen (DD) sind Sepsis und kardiorespiratorische Insuffizienz. Ein Thiaminmangel kann ebenfalls vorliegen, wurde bei den bisher in der Literatur beschriebenen Patienten aber nur in 2 Fällen als DD berücksichtigt. Bei 9 Patienten konnten alle DD ausgeschlossen werden, sodass eine MILA vorlag. Eine Hämodialysebehandlung senkt erhöhte Metforminkonzentrationen und bessert die Laktatazidose (LA). Trotz ähnlich schwerer LA war die Mortalität in allen Gruppen mit erhöhter Metforminkonzentration mit 23,5 – 28,3 % auffällig niedriger als bei den Patienten mit therapeutischer Metforminkonzentration (60,7 %).
Unter therapeutischer Dosierung kann Metformin kumulieren und eine LA induzieren. Ursache der Kumulation ist in der Regel ein ANV. Bei umgehender Behandlung einschließlich Hämodialysebehandlung zur Elimination von Metformin ist die Mortalität unter Berücksichtigung der Schwere der LA relativ gering. Besteht das Risiko eines ANV sollte Metformin abgesetzt werden. Bei einer MALA sollten zur Beurteilung der Ursache der LA stets die Metformin- und die Thiaminkonzentration bestimmt werden
Feasibility, cost and effectiveness of using mobile health clinics to provide antenatal care interventions in Tanzania
No full textIntroduction: Geographical access to antenatal intervention is a growing problem in sub-Saharan Africa (SSA). Countries in the regions have for more than 40 years deployed mobile health clinics (MHC) to address that problem, yet, their feasibility, costs, and effectiveness of are poorly known.
Methods: A qualitative case study in chapter three using key informant interviews to explore the feasibility of using MHC to deliver maternal health care was conducted. Thematic analysis was done using NVivo software for Mac version 10.5.8. In chapter four exit interviews were conducted to estimate client time and direct costs incurred by clients when they use services. Data were entered in EpiData software version 3.1 and analysed in STATA version 12. In chapter five, a systematic review and meta-analysis of randomised control trial were conducted to synthesis effectiveness data used in the cost-effectiveness analysis (CEA). In chapter six a CEA was conducted from the provider perspective. DALYs lost due to malaria, and severe anaemia was calculated based on recommended guidelines. Cost data were collected from the public district hospital that oversees the MHC. The activity-based costing methodology was adopted to identify measure and value resource used. The Markov decision model was used to compare the cost-effectiveness of using MHC to scale up the provision of IPTp-SP3 and a "wait to treat" strategy. The model was built in Microsoft Excel version 15.37. Probabilistic sensitivity analyses with 10,000 simulations were used to test the robustness of model results. In chapter seven-a, stratified analysis and a net health benefits analysis was conducted to explore the impact of heterogeneity on the estimates when considering parity and HIV status as focus subgroups.
Results: Policymakers perceive MHC as an important mode of service delivery to scale up essential interventions in areas that lack static health facilities. Yet, this approach is challenged by scarce resource, poor road infrastructure, and a weak health information system. MHC indicates to have reduced client travel time; however, women incur direct costs due to out of pocket payments driven by out of stock of medicine. The cost of IPTp-SP3 per pregnancy was estimated to be US 20,185 compared to US 40 per DALY averted. The strategy was also associated with lower costs of the consequences as compared to wait to treat strategy (US12 365). Additionally, more net health benefits (NHB) were predicted when the intervention was provided to low parity and HIV positive women alone.
Conclusions: Using MHC to scale up IPTp-SP3 in Tanzania is worth the cost with more NHB predicted for low parity and HIV positive women. Although the presented evidence may help guide decision in scaling up essential health intervention, yet more evidence is needed on the impact of this mode of service delivery on a budget of the ministry of health and social welfare
Kohlenstoffbasierte Elektrodenmaterialien für die Anwendung in der Wasserelektrolyse
No full textThe synthesis and characterization of N-HTC materials for the application in the water electrolysis are the main focus of this work. N-incorporation is of fundamental importance throughout this work since, first of all, N is an n-type dopant by acting as electron-donor. The technique of N-doping tunes the physicochemical material properties. It is cheap, non-toxic and has the advantage to tailor the desired electrical, mechanical, optical, magnetic, structural, morphological or chemical properties. N-doping may improve conductivity, surface wettability, catalytic or storage characteristics. Besides, N-doping creates active sites and thus might enhance electrocatalytic activity as well as long-term electrochemical stability. The hydrothermal synthetic route has been applied based on the precursors glucose and urotropine. During hydrothermal synthesis, urotropine together with glucose undergoes a plethora of complex reaction pathways. Ammonia, in particular, the decomposition product of urotropine, contributes to a wide range of reaction mechanisms. The molar ratio of glucose and urotropine has been modified in order to achieve a steady increase of the N-content. Urotropine was proved to be a highly effective N-precursor. With raising the mass fraction of urotropine towards glucose, maximal N-proportion of 19 wt% can be achieved.
The pH plays a major role during synthesis and has a high impact in the reaction mechanisms of the corresponding reaction steps. Based on HTC chars, to date, no systematic pH investigations exist by modification of the molar ratios of the applied precursors. In this work, systematic studies on the pH have been performed. By variation of the molar ratio of urotropine to glucose the pH can be tuned due to the decomposition of the N-precursor urotropine into ammonia and formaldehyde. The pH changes to a more alkaline behavior if the molar ratio of urotropine to glucose is increased. Reversely, rising the molar ratio of glucose to urotropine or if only glucose is used as starting material, the pH tend to be more acidic. In both cases ≤ C6 products are obtained. At pH 7 the degradation via HMF is depressed and reducing effects yields deprotonations or benzylic acid-type rearrangements. Decarbonylations and decarboxylations arise only to a lesser extent. Besides, fragmentations are the predominant reactions enclosing β-elimination, retro-aldol fragmentation or hydrolytic β-dicarbonyl fragmentation. Throughout this work, both reaction pathways have been selected in order to analyze the degree of internal condensation of the polymeric carbon network, the preferential structural moieties or functional groups that have been formed. These special features are the main reason for the high diversity of organic compounds, functional groups and numerous structural motifs in the hydrochar.
A large variety of characterization techniques have been employed. It is the first comprehensive analytical study of a series of as-synthesized N-containing hydrothermal carbon (N-HTCs), consisting of analytical data of UV/VIS, HPLC, optical microscopy, SEM/(HR)TEM, BET, elemental analysis, FTIR, electronic structure calculations, TG-MS, zeta potential, acid-base titration, Raman, XRD, EELS and solid-state NMR. Due to the combination of these characterization techniques, scientific findings on the complex molecular structure could be gained. In N-free HTCs, solely O-functional groups exist, for the most part furan-based functions with aliphatic compounds acting as linkers. In contrast to it, N-HTCs consist of a large number of both, O- and N-functional groups. Only by adding higher amount urotropine, more temperature stable N-based structural elements such as pyrrole and pyridine are formed.
The N-HTC disc electrodes are subjected to electrocatalytic investigations with regard to water splitting process. Electrochemical characterization studies include cyclic voltammetry (CV), modular potentiometry (MP, stationary polarization), chronopotentiometry (CP) and chronoamperometry (CA) to investigate electron transfer processes, electrochemical activity as well as stability. The pellets exhibit a remarkable mechanical stability. It is the very first approach in which no binder needed to be used to stabilize the material for electrochemical applications. Disc electrodes at high anodic-potentials are tested under oxygen evolution reaction (OER) conditions in alkaline media according to a standardization protocol.
N-free disc electrodes are most susceptible to carbon corrosion whereas the incorporation of N improves the material properties. The higher the amount of N is, the higher the electrochemical activity and stability.
Besides, the electrolyte undergoes a color change turning from colorless into dark brown. The brown substance was isolated and is presumed to be a polymeric humic acid-like organic compound.Die Synthese und Charakterisierung von HTC-Materialien für die Anwendung in der Wasserelektrolyse stehen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Im Verlauf dieser Arbeit ist der Einbau von N von grundlegender Bedeutung. Zunächst ist N ein Dotierstoff vom n-Typ, der als Elektronendonor fungiert. Die N-Dotierung ist ein Verfahren, das die physikalisch-chemischen Eigenschaften einstellt. Es ist billig, ungiftig und hat den Vorteil, dass die gewünschten elektrischen, mechanischen, optischen, magnetischen, strukturellen, morphologischen oder chemischen Eigenschaften zugeschnitten werden können. N-Dotierung kann ebenso die Leitfähigkeit, Oberflächenbenetzbarkeit, katalytische Eigenschaften oder Speichereigenschaften verbessern. Darüber hinaus erzeugt die N-Dotierung aktive Zentren und kann somit die elektrokatalytische Aktivität sowie die elektrochemische Langzeitstabilität erhöhen. Die hydrothermale Syntheseroute wurde auf Basis der Vorläufersubstanzen Glucose und Urotropin angewendet. Während der Hydrothermalsynthese durchläuft Urotropin, zusammen mit Glucose, eine Vielzahl komplexer Reaktionswege. Insbesondere Ammoniak, das Zersetzungsprodukt von Urotropin, trägt zu einer großen Bandbreite von Reaktionsmechanismen bei. Das Stoffmengenverhältnis von Glucose und Urotropin wurde variiert, um einen stetigen Anstieg des N-Gehalts zu erreichen. Urotropin erwies sich als äußerst wirkungsvoller N-Präkursor. Bei Erhöhung des Massenanteils von Urotropin gegenüber Glucose kann ein maximaler N-Anteil von 19 Gew.-% erzielt werden.
Der pH-Wert spielt eine große Rolle bei der Synthese und hat einen immensen Einfluss auf die Reaktionsmechanismen der entsprechenden Reaktionsschritte. Bislang existieren auf Basis von hydrothermalen Kohlenstoffmaterialien keine systematischen pH-Untersuchungen durch Änderung des Stoffmengenverhältnisses der verwendeten Präkursoren. In dieser Arbeit wurden systematische Studien zum pH-Wert durchgeführt. Durch Variation des Stoffmengenverhältnisses von Urotropin zu Glucose kann der pH-Wert, aufgrund der Zersetzung des N-Präkursors zu Ammoniak und Formaldehyd, eingestellt werden. Der pH-Wert wird alkalischer, wenn das Stoffmengenverhältnis von Urotropin zu Glucose erhöht wird. Im umgekehrten Fall, wenn das Stoffmengenverhältnis von Glucose zu Urotropin oder falls ausschließlich Glucose als Ausgangsmaterial verwendet wird, neigt der pH-Wert zu einem acideren Verhalten. In beiden Fällen werden ≤ C6 Produkte erhalten. Bei pH 7 ist der Abbau über HMF unterdrückt. Reduzierende Effekte führen zu Deprotonierungen und Benzilsäure-artige Umlagerungen. Decarbonylierungen und Decarboxylierungen treten nur in geringerem Maße auf. Zudem sind Fragmentierungen die vorherrschenden Reaktionen, die β-Eliminierung, Retro-Aldol-Fragmentierung oder hydrolytische β-Dicarbonyl-Fragmentierung einschließen. In dieser Arbeit wurden beide Reaktionswege ausgewählt, um den internen Kondensationsgrad des polymeren Kohlenstoffnetzwerkes, der bevorzugten Struktureineheiten oder funktionellen Gruppen, die gebildet wurden, zu analysieren. Diese Besonderheiten sind der Hauptgrund für die große Vielfalt an organischen Verbindunegn, funktionellen Gruppen und zahlreichen Strukturmerkmalen im hydrothermalen Kohlenstoff.
Eine große Vielzahl von Charakterisierungstechniken wurde verwendet. Es ist die erste umfassende analytische Studie einer Reihe von synthetisierten N-haltigen hydrothermalen Kohlenstoff (N-HTCs), bestehend aus analytischen Daten von UV/VIS, HPLC, optische Mikroskopie, SEM/(HR)TEM, BET, Elementaranalyse, FTIR, elektronische Strukturberechnungen, TG-MS, Zeta-Potential , Säure-Base-Titration, Raman, XRD, EELS und Festkörper-NMR. Nur durch die Kombination dieser Charakterisierungstechniken konnten wissenschaftliche Erkenntnisse zur komplexen Molekülstruktur gewonnen werden. In N-freien HTCs existieren ausschließlich O-funktionelle Gruppen, größtenteils Furan-basierte Strukturmerkmale mit aliphatischen Gruppen, die als Verknüpfer (Linker) wirken. Im Gegensatz dazu bestehen N-HTCs aus einer großen Anzahl von sowohl O- als auch N-funktionellen Gruppen. Nur durch die Zugabe an Urotropin höherer Menge werden meist temperaturstabilere N-basierter Strukturelemente wie Pyrrol und Pyridin gebildet.
Die N-HTC-Scheibenelektroden werden im Hinblick auf den Wasserspaltungsprozess elektrokatalytischen Studien unterzogen. Elektrochemische Charakterisierungsstudien umfassen Cyclovoltammetrie (CV), modulare Potentiometrie (MP, stationäre Polarisation), Chronopotentiometrie (CP) und Chronoamperometrie (CA) zur Untersuchung von Elektronentransferprozessen, elektrochemischer Aktivität und Stabilität. Die Pellets weisen eine bemerkenswerte mechanische Stabilität. Es ist die allererste Herangehensweise, bei dem kein Bindemittel zur Stabilisierung des Materials für elektrochemische Anwendungen benötigt wird. Die Scheibenelektroden werden bei hohen anodischen Potentialen unter Sauerstoffentwicklungsreaktionsbedingungen (OER) in alkalischer Elektrolytlösung gemäß einem Standardisierungsprotokoll getestet.
N-freie Pellets sind am anfälligsten gegenüber Kohlenstoffkorrosion, wohingegen N-Einbau die Materialeigenschaften verbessert. Je höher die Menge an N ist, desto höher ist die elektrochemische Aktivität und Stabilität.
Außerdem geht eine Farbänderung des Elektrolyten von farblos nach dunkelbraun einher. Die braune Substanz wurde isoliert und kann als polymeres huminsäureartige organische Verbindung angenommen werden
Silber basierte Nanopartikel: Synthese und Charakterisierung von bimetallischen Silber-Platin und Silber-Gold Nanopartikeln
No full textNanomaterials are widely applied nowadays. They are employed in electronics, fuel cells, in the (photo-)catalysis as well as in cosmetics and medicine. Nanoparticles are interesting because their physical and chemical properties, such as melting behavior, coloration, and reactivities, differ from bulk materials. In this work, bimetallic silver-platinum and silver-gold nanoparticles were synthesized and characterized. One of the goals was to study the alloy properties of silver-platinum nanoparticles because of their limited miscibility. For this purpose, synthesis parameters like the pH and temperature were varied. It could be shown that at pH 3, a mixture of hollow alloyed particles and dense silver-core platinum-shell particles is received. With an increasing silver fraction, a higher percentage of hollow alloyed particles is obtained. If the pH is raised to 10, dense particles are formed because of an inhibition of the galvanic exchange reaction. Depending on the composition, alloyed or core-shell particles are the result. Silver-gold nanoparticles with a diameter of 35 nm were studied according to their element distribution within single particles. It could be shown that the outermost layer of the nanoparticles consists of silver atoms only. Furthermore, the gradient character of 35 nm sized nanoparticles with a gold-rich core and a silver-rich shell is more pronounced than the gradient character of 7 nm sized bimetallic nanoparticles. High-temperature X-ray diffraction experiments with alloyed and pure silver and gold nanoparticles revealed a greater unit cell expansion of the alloys compared to the pure metals.
Silver release studies out of silver-platinum and silver-gold nanoparticles of different compositions showed a non-linear dependency between dissolution and silver content. It was found that at a molar fraction above 50 mol% of the nobler metal, i.e. platinum or gold, the silver dissolution was significantly lowered.
Moreover, autofluorescent silver-platinum and palladium nanoclusters could be synthesized at ambient conditions.Nanomaterialien finden heutzutage eine sehr weite Verbreitung. Sie werden beispielsweise sowohl in der Elektrotechnik, in Brennstoffzellen, in der (Photo-)Katalyse als auch in Kosmetika oder in der Medizin eingesetzt. Nanopartikel sind sehr interessant, weil sie andere physikalische und chemische Eigenschaften, wie Schmelzverhalten, Färbungen und Reaktivitäten als Bulkmaterialien ausweisen. In dieser Arbeit wurden bimetallische Silber-Platin und Silber-Gold Nanopartikel synthetisiert und charakterisiert. Das Ziel war es unter anderem, die Legierungseigenschaften von Silber-Platin Nanopartikeln zu untersuchen, da Silber-Platin ein begrenzt mischbares System darstellt. Dazu wurden die Syntheseparameter hinsichtlich des pH-Wertes und der Temperatur variiert. Es konnte gezeigt werden, dass bei pH 3 eine Mischung aus hohlen legierten Partikeln und kompakten Silber-Kern/Platin-Schale Partikeln vorliegt. Mit zunehmendem Silberanteil in der Zusammensetzung wurden prozentual mehr hohle legierte Partikel erhalten. Die Erhöhung des pH-Wertes auf 10 führt zu kompakten Partikeln, da die galvanische Auflösung inhibiert wird. Es bilden sich je nach Zusammensetzung legierte Partikel oder Kern-Schale Partikel aus.
Silber-Gold Nanopartikel mit einer Größe von 35 nm wurden hinsichtlich ihrer Elementverteilung innerhalb eines Partikels untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass legierte Silber-Gold Nanopartikel dieser Größe eine stärkere Gradientenstruktur (goldreicher Kern, silberreiche Schale) aufweisen als 7 nm große Nanopartikel und dass sich ausschließlich Silberatome an der Partikeloberfläche befinden. Experimente mittels Hochtemperatur-röntgenbeugung an legierten und reinen Silber- und Gold-Nanopartikeln zeigten eine stärkere Ausdehnung der Elementarzelle der Legierungen im Vergleich zu den reinen Metallen.
Untersuchungen der Silberfreisetzung aus den Silber-Platin- und Silber-Gold-Nanopartikeln unterschiedlicher Zusammensetzungen zeigten einen nicht linearen Zusammenhang zwischen Auflösung und Silbergehalt. Es wurde festgestellt, dass ein höherer Anteil (> 50 mol%) des edleren Metalls Platin oder Gold die Silberauflösung maßgeblich verlangsamt. Weiterhin konnten autofluoreszierende Silber-Platin- und Palladium-Nanocluster bei Raumtemperatur synthetisiert werden
Conception and evaluation of an augmented team room for the digitization of analogue drawing activities
No full textDie gemeinschaftliche Erstellung von informellen Freihandskizzen hat einen hohen Stellenwert im Software Engineering und in vielen anderen Design- und Ingenieursdisziplinen. Häufig werden hierfür traditionelle analoge Werkzeuge wie Whiteboards und Flip-Charts verwendet, die aufgrund ihres informellen Charakters und ihrer intuitiven Zugänglichkeit geschätzt werden. Die Verwendung rein analoger Zeichenwerkzeuge bringt jedoch auch zahlreiche Einschränkungen und Nachteile mit sich. In dieser Arbeit wird deshalb ein Konzept für einen technisch augmentierten Team-Raum vorgestellt, der diese Probleme durch den Einsatz elektronischer Whiteboards und mobiler Endgeräte beseitigt. Damit diese von Stakeholdern akzeptiert und intuitiv genutzt werden können, wurden spezielle Lösungen für verschiedene nicht-triviale Herausforderungen entwickelt:
Gezeichnete Linienzüge werden von einem Machine-Learning-System als Texte oder Formen klassifiziert und automatisch nach logischer Zusammengehörigkeit gruppiert, damit sie sinnvoll interpretiert und weiterverarbeitet werden können. Durch Anwendung heuristischer Tokenisierungsregeln werden die erkannten Texte in Worttupel zerlegt. Falls nötig werden diese Tupel geeignet aufbereitet, um potentiellen Handschrifterkennungsfehlern entgegenzuwirken. Darüber hinaus kommt ein retrospektiver Traceability-Algorithmus zum Einsatz, der zusammenhängende Inhalte miteinander verknüpft und Stakeholdern eine intuitive Navigation zwischen diesen ermöglicht. Die erstellten Freihandskizzen werden in einem Graphen verwaltet, der eine hierarchische Strukturierung sowie die gleichzeitige Darstellung mehrerer Abstraktionsebenen auf einem einzelnen elektronischen Whiteboard erlaubt. Basierend hierauf werden weitere Konzepte präsentiert, die Stakeholdern bei der Aufdeckung potentieller Inkonsistenzen, Widersprüche und Projektrisiken helfen können.
Der vorgestellte Ansatz wurde prototypisch implementiert und wird abschließend durch vier umfangreiche Experimente evaluiert.The collaborative creation of informal freehand sketches is very important in software engineering and many other design and engineering disciplines. It often uses traditional analog tools such as whiteboards and flipcharts, which are prized for their informal nature and intuitive accessibility. However, the use of purely analog drawing tools also brings numerous limitations and disadvantages. Therefore, this work presents a concept for a technically augmented team room, which eliminates these issues by using electronic whiteboards and mobile devices. In order to be accepted by stakeholders and used intuitively, special solutions had to be developed for various non-trivial challenges:
A machine-learning system classifies drawn strokes as texts or shapes and automatically groups them according to their logical affiliation so that they can be interpreted and processed properly. Recognized texts are split into word tuples by applying several heuristic tokenization rules. If necessary, these tuples are modified to counter potential handwriting recognition errors. In addition, a retrospective traceability algorithm is used to recover usable relationships between related content. The created freehand sketches are stored in a graph that allows hierarchical structuring and the simultaneous display of multiple abstraction levels on a single electronic whiteboard. Based on this, further concepts are developed that can help stakeholders to uncover potential inconsistencies, contradictions and project risks.
The presented approach was implemented prototypically and is finally evaluated by four extensive experiments