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Suitability of ISAs for EU adoption (including their proportionate application in audits of the financial statements of smaller entities)
No full textJahrelang wurden Vor- und Nachteile einer unmittelbaren Anwendung internationaler Prüfungsstandards bei der Durchführung von Abschlussprüfungen in der Europäischen Union diskutiert. Im Vorfeld der Übernahme der International Standards on Auditing (ISA) durch die EU-Kommission in europäisches Recht beurteilt die Dissertationsschrift von Viola Eulner, ob sich diese Prüfungsstandards für eine solche Regulierungsmaßnahme eignen. Dabei wird systematisch untersucht, ob sich mit den ISA die Ziele der Europäischen Union und die daraus resultierenden Anforderungen erfüllen lassen. Dies umfasst die Ausgestaltung des Übernahmeprozesses ebenso wie die normentheoretische Frage, ob sich die ISA angesichts der Art und Weise, wie sie verfasst sind, als Rechtsnorm eignen. Die EU-Kommission hatte noch im Jahr 2005 angekündigt, dass eine Übernahme der ISA vom Ergebnis des sog. Clarity-Projekts des IAASB abhänge. Dieses Projekt, in dem der internationale Standardsetter seine Prüfungsstandards grundlegend überarbeitet hatte, ist seit März 2009 beendet. Die vorliegende Arbeit beleuchtet die IAASB-Clarity-Kriterien nicht nur daraufhin, ob sie umgesetzt wurden, sondern auch ob sie sinnvoll und vollständig sind. Als Referenz werden – in Ermangelung eines belastbaren Soll-Konzepts auf europäischer Ebene – allgemeine Anforderungen an die Ausgestaltung von Rechtsvorschriften (Kriterien guter Rechtsetzung) aus dem Schrifttum herangezogen und unter Berücksichtigung von nationalen Leitfäden sowie Erkenntnissen der Rechtsetzungslehre ein eigener Kriterienkatalog entwickelt.
Angesichts der Selbstverpflichtung zur besseren Rechtsetzung und ihrer KMU-Politik legt die EU besonders Wert auf die Gewährleistung einer verhältnismäßigen Anwendbarkeit der Vorschriften auf KMU. Dementsprechend geht die vorliegende Arbeit auch darauf ein, ob die ISA eine verhältnismäßige Anwendbarkeit erlauben. Verschiedene Auffassungen zur verhältnismäßigen Anwendbarkeit der ISA legen nahe, dass mit dem Begriff unterschiedliche Inhalte verbunden werden. Deshalb wird in der vorliegenden Arbeit eine Unterscheidung zwischen verhältnismäßiger Anwendbarkeit i.e.S. – das dem Begriffsverständnis des IAASB entspricht – und i.w.S. eingeführt. Als sachlogische Voraussetzung für die Beurteilung der Eignung der ISA insgesamt führt die Arbeit den Nachweis, dass die ISA, denen das Leitbild des risikoorientierten Prüfungsansatzes zugrunde liegt, verhältnismäßig anwendbar (i.e.S.) sind
Prevalence and severity of symptoms of urinary incontinence in male and female patients with chronic obstructive pulmonary diesease
No full textInhalt
Ziel unserer prospektiven Querschnittsstudie war, die Prävalenz und Symptomschwere einer möglichen Harninkontinenz und die medizinische Versorgungslage bei Männern und Frauen mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) zu erfassen.
Die Hypothese war, dass der durch chronischen Husten erhöhte intraabominale Druck möglicher Weise zu einer höheren Prävalenz von HI bei COPD führen könnte.
Methodik
Es wurden 114 Teilnehmende mit COPD in einer Briefumfrage und 856 Teilnehmende mit COPD in einer Online-Umfrage erfasst. 110 Teilnehmende mit einer Tumorresektion bei Lungentumor Stadium1 wurden mit einer Briefumfrage als Kontrollgruppe eingeschlossen.
Prävalenz und Symptomatik von Harninkontinenz wurden mit dem Inkontinenzfragebogen ICIQ-UI SF und die Probleme der Lungenfunktion mit Hilfe des COPD Assessement Test (CAT) erfasst und gegenübergestellt. Zudem wurde die subjektiven Wahrnehmung von Inkontinenzproblemen und die medizinische Versorgung bezüglich Harninkontinenz erfragt.
Resultate
Von den 114 eingeschlossenen Probanden mit COPD mittels Briefumfrage und den 859 mittels Online-Befragung gaben 58,8%, bzw. 85,3% gegenüber 39,1% der 110 Probanden der Kontrollgruppe Symptome von Harninkontinenz an. Bereits im mittleren Alter (41-60 Jahre) war die Prävalenz von Harninkontinenz in beiden COPD-Gruppen signifikant erhöht.
Belastungsinkontinenz war mit 67,2%, bzw. 67,4% bei den inkontinenten Probanden der beiden COPD-Gruppen der dominante Inkontinenztypus, überraschender Weise auch bei den männlichen Probanden (53,5%, bzw. 57,0%). Die Häufigkeit und das Volumen des Harnverlustes lagen bei den Männern der COPD-Gruppen signifikant bis hoch signifikant höher als in der Kontrollgruppe.
Mit hoch signifikanten Werten wurden „Husten“, „körperliche Aktivität“ und „Exazerbationen“ als Auslöser für Harnverlust in den COPD-Gruppen identifiziert.
In beiden COPD-Gruppen wurde eine starke Korrelation der Harninkontinenz mit der subjektiven Belastung durch Husten, durch Sekret, der Aktivitäten außer Haus, des Schlafs und der Energie ermittelt (r2 = 0,3 und höher) im Vergleich zur Kontrollgruppe (r2 = 0,2 und tiefer).
Von allen Befragten bezeichneten sich selbst 13,5% bis 39,4% als kontinent, obwohl sie Inkontinenzsymptome angegeben hatten. 74,2% bis 77,6% der inkontinenten Probanden gaben an, noch nie einen Arzt wegen Harninkontinenz konsultiert zu haben. 48,8% bis 74,6% der inkontinenten Teilnehmenden war Beckenbodentraining als Therapieoption unbekannt und lediglich 1,4% bis 16,6% gaben an, regelmäßig Beckenbodentraining durch zu führen.
Schlussfolgerung
Aus diesen Daten schlussfolgern wir, dass alle an der medizinischen Versorgung von Menschen mit COPD beteiligten Berufsgruppen dem Thema Harninkontinenz Aufmerksamkeit schenken sollten. Die von Harninkontinenz betroffenen Personen sollten über Behandlungsmöglichkeiten aufgeklärt und einer Einrichtung mit entsprechender Expertise zugewiesen werden
Der Einfluss von Ganzkörpervibrationen auf kognitive und motorische Leistungen
No full textGanzkörpervibrationsgeräte sind im heutigen Sport- und Gesundheitssektor weit verbreitet und werden immer häufiger auch in der Rehabilitation eingesetzt. Die Erkenntnis, dass Vibrationen einen positiven Einfluss auf den menschlichen Körper ausüben können, ist relativ neu (Rittweger, 2010), wohingegen negative Effekte in der Arbeitswissenschaft seit den 1960er Jahren bekannt sind (Costa et al., 2012). Sportwissenschaftliche Untersuchungen fokussieren sich auf die Effekte einer Vibrationswirkung auf die Kraftfähigkeit der unteren Extremitäten. In Studien mit Parkinson-Patienten konnten nach einer Ganzkörpervibration akute Verbesserungen der koordinativen Fähigkeiten und eine deutliche Reduktion des Tremors festgestellt werden (Haas & Schmidtbleicher, 2002). Fraglich ist, ob diese Effekte auch auf ein gesundes Probandenkollektiv übertragbar sind.
In einer ersten empirischen Studie wurde dieser Fragestellung nachgegangen. 40 Sportstudenten der Universität Duisburg-Essen nahmen an dieser Cross-over Studie teil. An zwei Messtagen erfolgte zunächst eine 5-minütige Aufwärmung auf einem Fahrradergometer. Anschließend führten die Probanden einen Test zur Erfassung der Handkoordination aus. Dabei sollten sie mit einem Laserpointer ein Ziel in 10 Meter Entfernung anvisieren. Die Bewegung des Pointers wurde mit Hilfe einer Kamera aufgenommen und später mit einem Computerprogramm die Bewegung des Laserpunktes ausgewertet. Die Messung erfolgte dreimal in sitzender und dreimal in stehender Position auf einem Bein (Prä).
Im Anschluss wurde eine 2-minütige Ganzkörpervibration mit 5 Hz und einer Wiederholung der Handkoordinationsmessung durchgeführt (Inter). Danach erfolgte ein zweites 2-minütiges Vibrationstreatment mit 25 Hz und darauf folgender Messung der Handkoordination (Post). Die Reihenfolge der Frequenzen wurde zwischen den beiden Testtagen getauscht und über die Probanden randomisiert. Der aufsummierte Weg und der aufsummierte Abstand vom Nullpunkt der Laserprojektion wurde für 15 Sekunden erfasst und statistisch ausgewertet.
Eine Verbesserung der Testleistung konnte für dieses gesunde Probandenkollektiv gezeigt werden. Nach einer Vibrationseinwirkung mit 5 Hz reduzierte sich sowohl die aufsummierte Wegstrecke und der aufsummierte Abstand vom Nullpunkt in beiden Messsituation (sitzend und Einbeinstand). Nach dem Treatment mit 25 Hz zeigten sich für die aufsummierte, zurückgelegte Strecke in beiden Messsituationen eine Verbesserung der Handkoordinationsaufgabe. Für den aufsummierten Abstand vom Nullpunkt zeigte sich nur im Einbeinstand ein positiver Effekt.
Hinsichtlich des Vergleichs mit der Studie von Haas & Schmidtbleicher (2002), kann davon ausgegangen werden, dass ein Vibrationstreatment in einem Frequenzbereich von 5 Hz bei Parkinson-Patienten sowie bei gesunden Probanden zu einer Verbesserung der motorischen Auge-Handkoordination führt.
Da sich die Veränderungen in den oberen Extremitäten bemerkbar gemacht haben, das Vibrationstreatment aber über die unteren Extremitäten appliziert wurde, muss die Auswirkung der Vibrationsbelastung über die Beeinflussung der Muskulatur hinausgehen. Denkbar sind in diesem Zusammenhang Veränderungen der Neurotransmitterkonzentration im Cerebrum, wie sie auch in tierexperimentellen Untersuchungen gezeigt werden konnten (Nakamura et al., 1992), eine Reduktion des physiologischen Tremors oder eine optimierte Selektion der afferenten Signale und die damit einhergehende Verschiebung der Aufmerksamkeit auf bestimmte Reize (Ashton-Miller et al., 2001).
Nach der 25 Hz Bedingung zeigten sich ebenfalls Verbesserungen in der Handkoordination. Fraglich bleibt hier, ob diese Effekte durch Veränderungen auf zentraler Ebene zu erklären sind. Durch die Wahl des Studiendesigns kann nicht abschließend geklärt werden, ob diese Verbesserungen durch Lerneffekte oder eine Placebowirkung zustande gekommen sind. In der ausgeführten Doppelaufgabe bleibt unklar, welche Komponenten (Einbeinstand oder Handkoordination) maßgeblich zur Verbesserung beigetragen haben.
Diesen Fragen wurde in einer weiteren Studie nachgegangen, die die Gleichgewichtsfähigkeit und Aufmerksamkeit untersucht. An dieser Parallelstudie im Doppelblind Prä-Post Design nahmen 60 männliche Probanden teil. Das Probandenkollektiv setzte sich aus männlichen Teilnehmern zusammen, da Studien belegen, dass sich die kognitiven Leistungen von Frauen und Männern unterscheiden (Arbuthnott & Frank, 2000; Herlitz et al., 1997; Mekarski et al., 1996). Die Erfassung von Lern- und Placeboeffekten erfolgte über die Implementation einer Kontroll- und Placebogruppe. Die Übungen auf der Vibrationsplatte gestalteten sich in der Kontroll- und Vibrationsgruppe identisch und, um eine Vergleichbarkeit zu erreichen, erfolgten sie in Anlehnung an die Studie zur Handkoordination. Bei der Vibrationsgruppe wurde eine Frequenz von 5 Hz eingestellt und für die Kontrollgruppe war das Gerät ausgeschaltet. Damit die Probanden die Einstellungen an der Vibrationsplatte nicht sehen konnten, war das Bedingungspanel von ihnen abgewendet. Die Placebogruppe erhielt eine vegetarische Leerkapsel.
Zu Beginn der Untersuchung führten die Probanden wieder eine 5-minütige Aufwärmung auf einem Fahrradergometer aus. Direkt im Anschluss wurde die Gleichgewichtsmessung mit zwei unterschiedlichen Aufgaben im Einbeinstand und die Erfassung der Aufmerksamkeit durch drei Tests durchgeführt. Danach erfolgte wieder eine Aufwärmung sowie im Anschluss daran das Treatment. Hiernach fand die Post-Messung der Gleichgewichtsfähigkeit und der Aufmerksamkeit statt. Aus Reliabilitätsgründen sollen zwischen den Prä- und Post-Messungen der Aufmerksamkeit eine konstante Zeitspanne für alle Probanden liegen. Dies wurde durch eine zwischengeschaltete Aufgabe realisiert. Auch führten die Probanden in dieser Zeit einen Test zur Beschreibung ihrer Persönlichkeit und zum kognitiven Schätzen durch.
In der Studie konnten keine positiven Effekte des ausgewählten Vibrationstreatments auf die Aufmerksamkeit und die Gleichgewichtsfähigkeit mit geschlossenen Augen beobachtet werden. Bei der Gleichgewichtsaufgabe mit geöffneten Augen auf einer Airex Matte zeigte sich eine signifikante Verbesserung der Gleichgewichtsfähigkeit zwischen den beiden Messzeitpunkten.
Der Erklärungsansatz und die daraus abgeleitete Hypothese, dass durch ein Vibrationstreatment die Aufmerksamkeit beeinflusst wird, konnte in dieser Studie nicht verifiziert werden. Dies könnte an den verwendeten Vibrationsparametern oder den verwendeten Aufmerksamkeitstests gelegen haben. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Verbesserung in der Handkoordination bei der Ausführung der Doppelaufgabe nach einer Vibrationsbelastung mit 5 Hz nicht allein durch eine Veränderung in den oberen Extremitäten entstanden ist, sondern auch Effekte auf die Gleichgewichtsregulation mit eingeflossen sind. Ob ein Vibrationsreiz mit 25 Hz zu einer Verbesserung der Gleichgewichtsregulation bei der Ausführung der Doppelaufgabe in der Untersuchung zur Handkoordination beigetragen hat, kann durch die zweite Studie nicht geklärt werden.
Durch die vielen unterschiedlichen Vibrationsparameter und Reaktionen des menschlichen Körpers ist es schwierig, eine übergreifende Aussage bezüglich der Effekte auf den menschlichen Körper zu formulieren.
Zur Klärung der unterschiedlichen Einflüsse einer Vibrationsbelastung auf den menschlichen Körper sind weitere Grundlagenstudien notwendig.Whole body vibration is widely used in today`s sports and health sector and is increasingly applied in rehabilitation. The finding that vibrations have a positive influence on the human body is relatively new (Rittweger, 2010), whereas negative effects given in work processes are known since the 1960s (Costa et al., 2012). Sport research focuses on the influence of vibration on the power of the lower extremities. In studies of Parkinson`s disease, acute improvements of coordination performance and a significant reduction of tremor could be detected after a treatment with whole body vibration (Haas & Schmidtbleicher, 2002). It is questionable whether these effects can be transferred to a healthy group of individuals.
This question was investigated in a first empirical study. 40 physical education students from the University of Duisburg-Essen participated in this cross-over study on two different days. After a warm-up on a bicycle ergometer, the subjects performed a test to assess their hand coordination. They were instructed to point a laser pointer as accurately as possible at a target which was 10 m away. The movement of the pointer was recorded with a video camera and evaluated with a computer program. The measurement was performed three times in a sitting and three times in a standing position on one leg (pre). A two-minute whole body vibration treatment followed with a frequency of 5 Hz. A repetition of the hand coordination measurement was performed afterwards (Inter). Following this, a second two minute vibration treatment with a frequency of 25 Hz and subsequent measurement of the hand coordination (post) were carried out. The order of frequencies was changed between the two test days and randomized for the individual test subjects. The cumulative way and the accumulated distance from the zero point of the laser beam were analyzed for 15 seconds.
An improvement of the test performance could be observed in this healthy volunteer sample. After a vibration exposure at 5 Hz, the cumulative way and the accumulated distance from the zero point in both measuring situations (sitting and one-leg stance) reduced. After the treatment with 25 Hz, an improvement in both measuring situations was observed for the accumulated way. A positive effect on the accumulated distance from the zero point was only found in the measuring situation for one leg and not in the sitting position.
Since the changes were observed in the upper extremities, the effect of vibration stress must outrun the influence of the muscles. In this context, a change of neurotransmitter concentration in the cerebrum as it has been shown in animal testings (Nakamura et al., 1992), a reduction of physiological tremor or an optimized selection of afferent signals and a shift of attention to certain stimuli (Ashton-Miller et al., 2001) are conceivable.
The 25 Hz condition also showed improvement of the hand coordination. The question remains whether these effects can be explained by changes on the central level. The study design also does not explain, whether these improvements occurred through learning or placebo effects. In the dual task it remains uncertain which components contributed (one-leg stance or hand coordination) to the improvement.
These questions were investigated in a further study that examines balance ability and attention. 60 male subjects participated in this parallel study in a double -blind pre-post design. The sample consisted of male volunteers only, since studies showed that the cognitive performance of women and men differs (Arbuthnott & Frank, 2000; Herlitz et al., 1997; Mekarski et al., 1996). The assessment of learning and placebo effects was carried out by the implementation of a control and a placebo group. The exercises on the vibration plate were designed identically in the control and vibration group and were performed in accordance to the study of hand coordination to achieve the necessary comparability. Within the vibration group, the vibration frequency was set at 5 Hz whereas the vibration plate was switched off for the control group. The panel of the vibration plate was turned away so that the subjects could not see its settings. The placebo group received an empty, vegetarian capsule.
At the beginning the subjects performed a five-minute warm up on a bicycle ergometer. Subsequently, the balance measurement including two different tasks on one leg and the detection of attention by three tests was performed. This was followed by another warm-up and the treatment. Thereafter, post-measurement of balance and attention took place. For ensure reliability, an identical time buffer between the pre- and post-measurement of attention was set for all subjects. This was realized with the help of an intermediary task. The subjects also performed tests at this time to describe their personality and ability of cognitive estimating.
The selected vibration treatments displayed no positive effects on attention and the ability to maintain balance. A significantly decreased test performance in the balance task with eyes closed can be shown for the vibration group in the post-measurement. The explanation and the derived hypothesis that attention is influenced by a vibration treatment could not be verified in this study. A reason for this could be the used vibration parameters or the attention tests. The results suggest that the improvement of hand coordination during the execution of the dual task after exposure to vibration at 5 Hz is solely caused by a change of the upper extremities and not by improving the ability to maintain balance. The second study cannot determine whether a vibration stimulus at 25 Hz has contributed to an improvement in postural control during the double task in the investigation of hand coordination.
Due to the number of different parameters and vibration responses of the human body, it is difficult to formulate one main statement regarding the effects on the human body.
To clarify and elucidate the different effects of a vibration exposure on the human body, further basic research and studies are needed
Well-Being of Mother and Child - Health, Income and Employment: Which Role Do They Play?
No full textChapter (2) ("Does family income affect children's health?") investigates whether there is a socioeconomic gradient in child health or, in other words, whether there are gaps in child health that are related to differences in family income. When one considers, for example, a broad set of confounding variables, unobserved heterogeneity and the dynamics of health production. Many studies provide evidence for a positive relationship between child health and family income, which is referred to as the child health/ family income gradient, and suggest that this relationship becomes stronger as children grow older (see for example Case et al., 2002; Currie and Stabile, 2003; Condliffe and Link, 2008). Despite this strong empirical support for the existence of a protective effect of income on child health, little is known on the mechanisms underlying the gradient. While earlier studies find that the gradient is robust with respect to consideration of confounding variables like, for example, parental education, parental physical health, child's initial health stock or simple genetic mechanisms (e.g. Case et al., 2002; Currie et al., 2007; Propper et al., 2007), more recent analyses show that the gradient is less robust if confounding variables as well as the dynamic of health capital accumulation are taken into account (e.g. Murasko, 2008 and Khanam et al., 2009). Results obtained by Murasko (2008) and Khanam et al. (2009) suggest that parental, and in particular maternal, health are important determinants of child health. Although the child health/ family income gradient has attracted considerable attention since the influential study of Case et al. (2002), several unsolved issues remain. More recent studies refer to the health capital model provided by Grossman (1972, 2000) and adopt a dynamic framework (Murasko, 2008 and Khanam et al., 2009). However, these studies do not apply appropriate dynamic estimators and do not account for unobserved heterogeneity. The analysis at hand contributes to the literature by applying a dynamic panel estimator (Arellano and Bover, 1995; Blundell and Bond, 1998) to comprehensive British birth cohort data from the Millennium Cohort Study. In addition to this, particular attention is paid to differences between household types. The System GMM estimator (Arellano and Bover, 1995; Blundell and Bond, 1998) in conjunction with comprehensive data, allows us to consider unobserved heterogeneity and endogenous right-hand side variables as well as to disentangle the mechanisms underlying the gradient. Initial cross-section results are in line with the preceding literature as there is strong evidence for a protective effect that grows stronger up to the age of seven. The results also stress the role of maternal health, although this could not fully explain the gradient. The longitudinal results corroborate the theoretical predictions and show a significant path dependency of child health. The protective effect of income is significantly less compared to cross-sectional results. Again, maternal health proves important and leads to a disappearance of the gradient. These findings confirm evidence presented by Khanam et al. (2009). Furthermore, the analysis shows marked differences with respect to family type. In summary, the results suggest paying particular attention to parental health rather than family income. Parental ill health could influence child health in different ways, like providing less or lower quality care. Strong path dependency of child health recommends policies that intervene in early childhood.
Chapter (3) (“Does illness have an impact on child development?”) deals with the question of whether child health affects the development of cognitive and noncognitive skills during early childhood. Early empirical analyses of this matter focus on physical health and cognitive skills as well as educational outcomes and find strong evidence for ill health having negative consequences on child development and educational outcomes (for example Edwards and Grossman, 1979, Shakotko et al., 1980, Rosenzweig and Wolpin, 1994 and Korenman et al., 1994). Nonetheless, these findings have been subject to severe criticism due to inappropriate or missing consideration of methodological issues like unobserved heterogeneity or reversed causation (e.g. Kaestner and Corman, 1995). Kaestner and Corman (1995) and Behrman and Lavy (1997) address these problems and find few or no significant effects of child health on developmental outcomes. Currie and Stabile (2006) stress the importance of mental health, in terms of ADHD, and incorporate other developmental outcomes. They provide strong evidence for mental health having a negative on various outcomes. Their results additionally suggest that mental health might have an even stronger effect than physical health. Ding et al. (2009) analyse whether depression, ADHD and obesity exhibit adverse effects on academic performance. Their results indicate that there is a negative effect only for girls but not for boys. Within the present study I draw particular attention to methodological issues in order to facilitate causal inference. The selected econometric approach accounts for reversed causality and unobserved heterogeneity. Birth cohort data from the Millennium Cohort Study allows extending the scope of the existing literature to a broad range of health (physical and mental conditions) and developmental (cognitive and noncognitive skills) outcomes and accounting for numerous confounding variables. Additionally, the analysis separately addresses the effect health has on children living in lone parent households compared to children living in two parent families. Reversed causality is ruled out by investigating the lagged impact of health on child development. Besides this there may be observed or unobserved variables that affect both health and developmental outcomes. Thus, the model comprises a development and a health equation which can have variables in common and incorporates equation specific terms representing unobserved characteristics that are allowed to be correlated. The resulting system of equations is estimated by Bayesian methods as these avoid simulation of multivariate integrals. The results suggest that one has to be aware of the striking difference between children living in different household types. Whilst there is roughly no significant effect of physical conditions on cognitive and noncognitive skills among children living with single parents, chronic diseases exhibit significant negative effects on a broad range of noncognitive outcomes. Cognitive skills among children living with both parents are only affected if they are related to spatial thinking. Mental health in terms of hyperactivity and inattention exhibits strong negative effects on cognitive and noncognitive abilities irrespective of household type and child age. In summary, the results are in line with those of Currie and Stabile (2006) and Ding et al. (2009). The analysis highlights the importance of considering unobserved characteristics. Comparisons of Bayesian and conventional maximum likelihood estimates indicate substantial bias and that adverse consequences are underestimated if unobserved heterogeneity is not taken into account. In view of these results human capital policies should consider two important aspects: first, policies intended to foster human capital accumulation should regard health as a certain type of human capital and should, therefore, aim at improving health too. Second, given the intertemporal effects described above, policies should intervene in early childhood. Both claims are in line with the arguments put forward by Heckman (2006) and Cunha and Heckman (2007).
Chapter (4) („Does the combination of family and paid work make you ill?“) analyses the health implications of struggling with combining potentially opposing demands from the labour domain and the home domain. Engaging in both domains might result in positive and negative effects on maternal health. According to role accumulation theory (e.g. Sieber, 1974 or Greenhaus and Powell, 2006) women gain from engaging in several roles as they allow compensation for adverse effects in the working domain through positive experiences in family life, for example. In contrast, role strain theory concludes that women suffer from the double burden of combining multiple demands due to role overload (e.g. Verbrugge, 1983) or role conflict (e.g. Arber et al., 1985). There is large number of empirical analyses dealing with this issue or related questions. Most of these studies come from medicine, psychology or sociology and only few have been conducted by economists (e.g. Chatterji and Markowitz, 2012 and Chatterji et al., 2013). The existing literature offers widespread support for the role strain hypothesis as most studies find adverse health implications. This finding holds true irrespective of whether physical (e.g. Krantz and Östergren, 2001 or Emslie et al., 2004) or mental health (for example Roxburgh, 2004, Nomaguchi et al., 2005, Oomens et al., 2007 or Perry-Jenkins et al., 2007) is under consideration. Only few studies find little or even no evidence for negative effects on maternal health (Waldron et al., 1998, Fokkema, 2002, Krantz et al., 2005 and Usdansky et al., 2012). Role accumulation theory receives little empirical support as only Fokkema (2002) and Nordenmark (2004b) find positive effects on maternal health. Chatterji and Markowitz (2012) and Chatterji et al. (2013) provide evidence for negative effects of the double burden on self-assessed health and mental health. This thesis challenges several methodological issues that have not been appropriately considered by the majority of the preceding studies. I use dynamic panel estimators as health production is a dynamic process (Grossman, 1972, 2000). Additionally, dynamic panel estimators and in particular system GMM (Arellano and Bover, 1995 and Blundell and Bond, 1998) estimators allow for endogenous right-hand side variables and account for unobserved individual effects. The analysis focuses on the intertemporal impact of the double burden on self-assessed maternal health in order to avoid reversed causality. As women struggling with the double burden might reduce their hours worked or completely withdraw from the labour market for two years, for instance, the regression models account for potential coping strategies. In contrast to some studies mentioned above, I use comprehensive panel data from the German Socioeconomic Panel covering the years 2001 to 2011. This data provides reasonable sample size and facilitates causal inference. The extent of labour market demands is measured by broad employment categories and the amount of time spent on household chores and child care is approximated by the number of children living in the household. The results at hand broadly support role strain theory as there is robust evidence for negative health implications resulting from the double burden. Women combining part- or full-time work and simultaneously caring for children suffer from worse self-assessed health. This result is robust with respect to the selected estimator and potentially confounding variables. In addition to this, it seems important to consider individual reactions to the double burden as neglecting coping mechanisms leads to an underestimation of adverse effects. Thus, the results confirm major findings from the preceding empirical literature and suggest that policies should carefully address reconciliation of family and work
Characterisation and Simulation of Thermoelectric Generator System for Waste Heat Recovery in Passenger Cars
No full textDie Automobilhersteller müssen den reglementarischen Anforderungen in Bezug auf den CO2-Austoß einerseits und den Kundenanforderungen andererseits gerecht werden. Die Entwicklung neuer Technologien in der Mobilität ist vor allem vom Kundenverhalten und von unterschiedlichen Reglementierungen abhängig, welche zugleich auch die Rahmenbedingungen für die Hersteller abstecken.
Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit wurden thermoelektrische Systeme zur Rückgewinnung thermischer Energie in der Kraftfahrzeugtechnik anhand theoretischer Grundlagen und mithilfe experimenteller Untersuchungen im Detail charakterisiert und ausgelegt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen ging schließlich ein Simulationsmodell hervor, welches Prognosen über die Effektivität einer thermoelektrischen Generatoranlage (TEGA) bei Rekuperation von Abgaswärme in Pkw ermöglicht. Unterschiedliche Fahrzeugtypen wurden anhand verschiedener internationaler Fahrzyklen in die Berechnung des Kraftstoffverbrauchs bzw. dessen relativer Einsparung durch TEGA berücksichtigt. Die dadurch zu erwartende Reduktion des CO2-Ausstoßes wurde ermittelt und vor dem Hintergrund europäischer reglementarischer Maßnahmen sowie aktueller Rohstoffpreise im Bezug auf die Wirtschaftlichkeit der Technologie interpretiert.
Diese Ergebnisse wurden in drei unterschiedlichen Szenarien aus Sicht der zukünftigen Technologieentwicklungen dargestellt, diskutiert und mit aktuellen Berichten aus praktischen Anwendungen von thermoelektrischen Systemen zur Energierückgewinnung aus Abgasenthalpie verglichen.The car manufacturers are struggling with the regulations in terms of CO2 emissions and fuel efficiency of their vehicles on the one hand and with customer requirements on fully equipped cars on the other hand. Therefore new trends in the development of technologies in automotive are mainly driven by the matter of manufacturing costs, customer behaviour and governmental regulations.
In this study, thermoelectric generator systems (TEGS) were examined with respect to their capability of energy recuperation from the exhaust gas in passenger cars. Therefore TEGS were first described theoretically taking the fundamental thermoelectric phenomena into account and later characterized by practical experiments. As a result of this analysis a simulation model was developed, which allows the evaluation of the effectiveness of thermoelectric generator systems in terms of fuel reduction in automotive applications. Various passenger vehicle models were studied on basis of different international driving cycles, calculating the fuel reduction caused by the application of TEGS. The accordingly expected reduction of the CO2 emissions was calculated as well as the technology’s cost-efficiency, taking the European regulations and the current fuel prices into account.
This study concludes by presenting various scenarios from the perspective of the development progress of thermoelectric as a technology. The calculation results are discussed and compared with reports of current published prototype studies in the field of automotive applications
Nanomechanics of Li-ion battery materials
No full textThis document deals with the research that the author, Hugues-Yanis Amanieu, carried out between 2012 and 2015 in order to obtain the academic grade of Doctor of Engineer- ing (Dr.-Ing.) delivered by the University of Duisburg-Essen, Germany. The present work was included in two larger projects: Nanomotion, funded by the European Commission through a Marie-Curie actions program, and ReLiOn, funded by the German Federal Ministry of Education and Research. The goal of the former is to design new nanoscale characterization techniques to study electrochemical systems. The latter has for objective to better understand mechanical reliability of battery materials. The work described in this manuscript consequently had for objective to develop new characterization techniques in order to obtain material parameters which are fundamental to numerical simulations allowing a better understanding of mechanical failure in active particles of lithium-ion batteries.
In part I, there is a description of the functioning of lithium-ion batteries (LiB) and of the state-of-the-art of the most important characterization techniques.
As explained in section 1.1, LiB is an electrochemical system where two electrodes exchange ions within the system and electrons in an external circuit. These electrodes contain active particles where lithium can reversibly intercalate. The ions are extracted and reintroduced repeatedly which can lead to mechanical failure of the particles (see section 1.2). In fact the speed of ions in the host material controls the gradient of ionic concentration upon cycling. This gradient provokes tensile and compressive stresses. The former can reach a critical value where fracture or disordering occurs. This process depends on some key material parameters, namely the elastic modulus E, the fracture toughness K C , and the diffusion coefficient D Li . The material of study is spinel lithium manganese(III,IV) oxide (LiMn 2 O 4 ), which is described in section 1.3.
Instrumented indentation testing (IIT), or nanoindentation, is then outlined in section 2.1. It is a tool which consists in driving a stiff diamond tip into a sample surface. Using the Oliver and Pharr (1992) method, the elastic modulus and the hardness of a homogeneous sample can be quantified. It was extended by Ulm and Vandamme (2007) for heterogeneous materials by implementing statistical deconvolution on a large data set. Section 2.2 deals with atomic force microscopy (AFM)-based techniques. The first one consists of measuring the topography of a crack in order to determine its crack- opening displacement (COD) and subsequently estimate the fracture toughness using Irwin’s near field theory. Then contactresonance atomic force microscopy (CR-AFM) is introduced. The elastic properties can be estimated through the resonance frequency of the cantilever when in contact with the sample surface. Last electrochemical strain microscopy (ESM) is presented. Here the AFM cantilever vibration amplitude is measured during application of a AC excitation between the AFM tip and the sample. The vibration is mediated via a mechanism which depends on the lithium concentration.
Time spectroscopy measurements can be carried out by monitoring the signal after applying a DC pulse: a typical relaxation process is detected and its speed depends on the ionic diffusion coefficient D Li . However the underlying mechanisms are still unknown to quantify it. A Vegard’s deformation generated by ionic diffusion was first assummed but it seems unlikely as the displacement would not be detectable.
As listed in part II, the objectives of the work were to implement Ulm’s nanoindentation statistical method and to suggest alternative methods such as CR-AFM in order to quantify E, to propose new instruments to estimate the K C of micrometric particles, and last to suggest a new model in order to make ESM a quantitative technique.
Sample preparation and experiments are described in part III. LiMn 2 O 4 cathodes obtained from fresh cells and from aged cells at different states of charge were embedded in epoxy and then prepared as polished cross-sections. Laboratory-grade reference powders of SiO 2 , MnO 2 and LiMn 2 O 4 were also similarly prepared. A LiMn 2 O 4 -based wafer oriented in the {111} direction was synthesized (see chapter 3). The different instruments used in the course of the work are mentioned in chapter 4. Among these, AFM topography measurements of the COD were numerically modeled as described in chapter 5.
It is shown in part IV that Ulm’s statistical deconvolution technique cannot be directly used on the battery samples as many spurious peaks appear in the distribution of the measurements. This part therefore relates to a method, called selective nanoindentation, that was specifically developed in order to obtain reliable measurements of the elastic moduli and the hardnesses of each phase of heterogeneous samples. It consists of filtering each experimental data by checking its consistency with the Oliver and Pharr method. First it is checked if the load-displacement curve has a quadratic shape. Second it is checked if no structural compliance induced by the epoxy matrix influences the measured stiffness. Third the filtered data are deconvoluted and compared to scanning electron microscopy (SEM) micrograms of the indented surfaces. The SiO 2 -based sample was used to verify the reliability of the method.
Part V deals with the modeling of the ESM system. A COMSOL model was developed to describe the change in the lithium concentration field in a LiMn 2 O 4 body during and after the application of a DC pulse. Its novelty is twofold. D Li is not constant but depends on the lithium concentration. More importantly, the ESM signal is not physically described like in previous work where Vegard’s deformation in the frequency domain is computed. Instead, the signal is estimated to be linearly dependent with the mean Lorentz electric force applied by the AC excitation on the lithium ions, denoted F AC .
All of the results are listed in part VI.
First, chemical analyzes of the samples are given in chapter 13. X-ray diffraction (XRD) measurements showed that every sample contains a single spinel phase. This result was nuanced by energy dispersive X-ray analysis (EDX) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) as cobalt oxide particles (up to 2 %) were detected but also other impurities. SEM showed also that these commercial particles can be porous agglomerates of nanoparticles as well as large single grains. The wafer exhibited two phases: the main one is spinel LiMn 2 O 4 as expected but also a Mn 2 O 3 bixbyite phase was found. Only the former was characterized by the other methods.
Nanoindentation results are reported in chapter 14. The particles are quite brittle: chipping occurs around the indents and cracks grow from them. Electron backscatter diffraction (EBSD) qualitatively revealed that the mechanisms depend on the crystal orientation. IIT measurements reported an elastic modulus of around 90 GPa and a Berkovich hardness of 7 GPa. This is lower than what was previously reported on LiMn 2 O 4 thin films by Zhu and Zeng (2012), certainly because they did not take pile-up into account, hence overestimating the properties, but also because our samples are made of factory-grade particles of lower quality. These two properties increase of more than 10 % upon delithiation. We associated this behavior with Mn−O bonds which are stiffer when the valence of the transition metal increases. The average Mn valence goes from +3.5 for LiMn 2 O 4 to +4 for λ−MnO 2 . An exception was detected for the specimen obtained from a 25 % SoC cell where the hardness was much lower (6.5 GPa), which could be caused by a less hard non-stoichiometric LiMn 2 O 4 . Micro- Raman spectroscopy combined with CR-AFM revealed that neighboring particles can have different lithium concentrations, hence difference stiffnesses accordingly with the nanoindentation results. CR-AFM was also used on the reference LiMn 2 O 4 powder and it was shown that the spinel is isotropic, at least within the detection limit of the instrument. Quantitative implementation of CR-AFM was unsuccessful. Using the traditional crack-length measurement method on the wafer, a K C of 0.23 MPa·m 1/2 was found. As the unusual crack configuration around the indents of the particles do not allow this method to be used, COD measurements were carried out. A K C of about 0.9 MPa·m 1/2 was measured for the commercial particles and of about 0.8 MPa·m 1/2 for the wafer. It was also found by EBSD that cracks always propagate in the direction in the wafer. They open {101} planes just below the surface and deviate of 30 to 40 ◦ after about 100 nm. These data are given in chapter 15.
ESM measurements as well as data from the model are reported in chapter 16. It was demonstrated that the experimental signal is qualitatively similar to F AC . The concentration dependent D Li can explain the asymmetrical hysteresis loops. Using a constant D Li , it was established that time spectroscopy relaxation of F AC follows a power law of the form (at + 1) 1/p . Here p is only slightly dependent on the diffusivity 1/2 and the contact radius while a strongly depends on them and is linear with D Li /R tip . Experimentally, the relaxation process was much slower for the aged sample while no significant differences were reported for the fresh samples with different states of charge (SoCs).
Discussions of the different results are depicted in part VII.
A critique of the Ulm and Vandamme (2007) method of is discussed in chapter 17. Pavel Trtik et al. (2009) consider indeed that spurious peaks cannot be avoided when indenting heterogeneous materials. A response is given by Ulm and Vandamme (2010) which proves that their results are due to the three-dimensional configuration of their model. In our case, spurious peaks were detected nonetheless but could simply be eliminated using the selective nanoindentation method. An important drawback is that much more measurements must be performed to reach statistically significant numbers. In the same chapter, it was discussed that CR-AFM was a valuable extension to nanoindentation as qualitative stiffness maps with a nanoscale precision can be acquired within minutes. Nanoindentation still has the advantage of quantification as the AFM-based method was unreliable and much too slow. Last the COD measurements are discussed. It was shown that the user interpretation of the data is not so significant as a sample of 9 analysts found similar K IC and K IIIC on the simulated cracks as well as on two real measurements. However it is believed that the method greatly overestimates the toughness as one of the Irwin’s condition is not met: the crack walls are not traction-free due to residual tensile stresses originating from the indent plastic zone. This explains the discrepancy between the two values measured on the wafer. It was suggested to use instead the pillar splitting method developed by Sebastiani et al. (2014), as they found a likely K C of about 0.3 MPa·m 1/2 on our samples. The origin of the ESM signal is discussed in chapter 18. It is suggested that other electromechanical couplings, such as electrostriction or flexoelectricity, should be considered. Moreover, the AC electric field could hypothetically interact with the transition metals rather than with the lithium ions.
The coupling between the mechanical properties and the lithium concentration is compared with that of other similar ceramics in chapter 19. In general, a longer bond length lead to a more compliant material, whether it is induced by an increasing or decreasing lithium concentration. Then the fracture toughness is compared with that of LiCoO 2 . It was reported to be higher for the pristine material: 1 MPa·m 1/2 . But as soon as the material is electrochemically activated, the K C drops to similar values as ours, about 0.25 MPa·m 1/2 .
In the end a brief conclusion is given that first sums up the key results for people working with battery simulation. Secondly, an overview of the reliability of the different characterization methods is given.Thema dieser Dissertation ist die Forschungsarbeit, die der Verfasser Hugues-Yanis Amanieu von 2012 bis 2015 zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.) an der Universität Duisburg-Essen durchführte. Die Arbeit fand im Rahmen zweier Projekte statt: Nanomotion, ein von der EU-Kommission durch eine Marie-Curie Maßnahme finanziertes Projekt, und das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt ReLiOn. Das Ziel des erstgenannten ist es, neue Nano-Charakterisierungstechniken zur Untersuchung elektrochemischer Systeme zu entwerfen. Letzteres hat zum Ziel, die mechanische Zuverlässigkeit von Batteriematerial besser zu verstehen. Die hier beschriebene Arbeit bringt beide Projekte zusammen: ihr Ziel die Entwicklung neuer Charakterisierungstechniken für die Erlangung von Materialparametern, die grundlegend für numerische Simulationen sind. Diese Simulationen ermöglichen ein besseres Verstehen mechanischer Brüche in den aktiven Partikeln von Lithium-Ionen-Batterien (LiB).
Teil I enthält eine Beschreibung der Funktionsweise von LiB und der modernsten und wichtigsten Charakterisierungstechniken.
Wie in Abschnitt 1.1 erklärt wird, ist LiB ein elektrochemisches System, bei dem zwei Elektroden Ionen im Inneren der Batterie und Elektronen in einem äußeren Stromkreis austauschen. Diese Elektroden enthalten aktive Partikel, in denen Lithium in einem reversiblen Prozess interkalieren kann. Die Ionen werden wiederholt geladen und entladen, was zu mechanischen Brüchen der Partikel führen kann (siehe Abschnitt 1.2). Tatsächlich kontrolliert die Geschwindigkeit der Ionen im Interkalationsmaterial den Gradienten der Ionenkonzentration beim Zyklisieren der Zelle. Dieser Gradient verursacht Zug- und Druckspannungen. Sie können einen kritischen Wert erreichen, bei dem es zu Rissen oder Phasenumwandlungen kommt. Der Prozess ist abhängig von einigen entscheidenden Materialparametern, namentlich vom Elastizitätsmodul E, der Bruchzähigkeit K c und dem Diffusionskoeffizienten D Li . Das Untersuchungsmaterial LiMn 2 O 4 wird in Abschnitt 1.3 beschrieben.
In Abschnitt 2.1 wird die Nanoindentierung geschildert. Dabei handelt es sich um ein Werkzeug, welches eine harte Diamantspitze in eine Probenoberfläche bohrt. Durch die Oliver und Pharr (1992) Methode können das Elastizitätsmodul und die Härte eines homogenen Materials gemessen werden. Ulm und Vandamme (2007) erweiterten die Methode um heterogene Materialien. Hierbei wird eine statistische Entfaltung der Daten von großen Indentierungsmatrizen durchgeführt.
Verschiedene auf Atomkraftmikroskopie (AFM) basierende Techniken werden in Abschnitt 2.2 dargelegt. Die erste besteht in der Messung der Topographie eines Risses, um die Breite der Rissöffnung (COD) zu bestimmen und anschließend die Bruchzähigkeit K c durch die Nahfeld-Theorie von Irwin zu berechnen. Anschließend wird die Technik der Ultraschallkraftmikroskopie (CR-AFM) dargelegt. Wenn die Spitze des Cantilevers in Kontakt mit der Materialoberfläche ist, kann anhand der Resonanzfrequenz das Elastizitätsmodul berechnet werden. Zuletzt wird die Electrochemical Strain Microscopy (ESM) vorgestellt. Hierbei wird die Schwingungsamplitude des Cantilevers während einer Wechselspannungsanregung (AC-Anregung) zwischen AFM-Spitze und Probe gemessen. Die Schwingung wird durch einen Mechanismus hervorgerufen, der von der Lithiumkonzentration abhängig ist. Durch beobachten des Signals nach Anlegen eines DC-Puls können Zeitspektroskopy-Messungen durchgeführt werden: es lässt sich ein typischer Relaxations-Prozess feststellen, dessen Geschwindigkeit vom Li-Diffusionskoeffizienten D Li abhängt. Die der Methode zugrundeliegenden Mechanismen zur quantitativen Bestimmung von D Li sind aber immer noch unbekannt. Eine durch Li-Diffusion hervorgerufene Vegards Verformung wurde anfangs vermutet. Sie erscheint jedoch unwahrscheinlich, da die Verschiebung nicht messbar wäre. Wie in Teil II aufgeführt ist es das Ziel der Arbeit, die statistische Methode von Ulm zu verändern, alternative Methoden für die Quantifizierung von E, wie beispielsweise CR-AFM, zu finden und neue Geräte zur Messung der Bruchzähigkeit micrometrischer Partikel vorzuschlagen. Zudem sollen neue Modelle entworfen werden, um ESM zu einer quantitativen Technik zu machen.
In Teil III werden Probenvorbereitungen und Versuche beschrieben. Aus neuen und gealterten Zellen in verschiedenen Ladungszuständen gewonnene LiMn 2 O 4 Kathoden wurden in Epoxidharz eingebettet und als Schleifproben vorbereitet. Auf selbe Weise wurden laborreine Referenzproben von SiO 2 , M n O 2 und LiMn 2 O 4 erstellt. Ein Wafer aus LiMn 2 O 4 wurde in {111} Richtung synthetisiert. Die verschiedenen, im Laufe der Forschungsarbeit verwendeten Messgeräte werden in Kapitel 4 genannt, darunter AFM- Topologiemessungen der COD, deren numerische Modelle in Kapitel 5 beschreiben werden.
Wie in Teil IV gezeigt wird, kann die statistische Methode von Ulm und Vandamme (2007) nicht direkt auf Batterieproben angewendet werden, da mehrere unberechtigte Scheitelpunkte in der Verteilung der Messungen wirken. Deshalb verweist dieser Teil auf eine Methode, die selective Nanoindentierung, die speziell entwickelt wurde, um verlässliche Messungen des E-Moduls und der Härte zu erhalten. Sie besteht darin, jede Versuchsdatei mittels einer Überprüfung ihrer Kompatibilität durch die Oliver und Pharr Methode zu filtern. Zunächst wird überprüft, ob die Kraft-Eindringtiefe-Kurve quadratisch ist. Dann wird geprüft, ob keinerlei strukturelle Flexibilität die gemessene Steifheit beeinflusst. In einem dritten Schritt werden die gefilterten Daten entfaltet und mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) mit jeder Phase der heterogenen Probe verknüpft. Die SiO 2 -Probe wurde verwendet, um die Zuverlässigkeit der Methode zu testen.
Teil V behandelt die Modellierung des ESM-Systems. Um die Veränderung des Lithiumkonzentrationsfeldes eines LiMn 2 O 4 -Körpers während und nach Anlegen eines DC-Pulses zu beschreiben, wurde ein COMSOL-Modell entwickelt. Die Neuartigkeit im Vergleich zu anderen Modellen liegt darin, dass D Li keine Konstante darstellt, sondern von der Lithiumkonzentration abhängt. Darüberhinaus wird das ESM-Signal nicht physikalisch beschrieben wie bisher, wo Vegards Verformung im Frequenzbereich berechnet wird. Stattdessen nimmt man an, dass das Signal linear abhängig ist von der durchschnittlichen elektrischen Lorenztkraft, bezeichnet als F A C, die durch die AC-Anregung auf die Lithium-Ionen ausgeübt wird.
Sämtliche Ergebnisse werden in Teil VI aufgelistet.
In Kapitel 13 werden chemische Analysen der Proben gegeben. XRD-Messungen zeigen, dass jede Probe eine einzelne Spinellphase enthält. Das Ergebnis wurde durch EDX und ICP-OES ausdifferenziert, da Kobaltoxidpartikel (bis zu 2 %) aber auch andere Unreinheiten gefunden wurden. SEM-Abbildungen haben außerdem gezeigt, dass diese Partikel sowohl poröse Agglomerate von Nanopartikeln als auch große einzelne Körnchen sein können. Der Wafer wies zwei Phasen auf: die Hauptphase bildet wie erwartet der Spinell LiMn 2 O 4 , aber es wurde auch eine Mn 2 O 3 -Bixbyit-Phase gefunden.
Nur erstere wurde von den anderen Methoden charakterisiert.
Die Ergebnisse der Nanoindentierung sind in Kapitel 14 aufgeführt. Es wurde herausgefunden, dass die Partikel relativ brüchig sind: um die Eindrücke herum kommt es zu Absplitterungen und Risse gehen von ihnen aus. Die EBSD zeigte in qualita- tiver Hinsicht, dass die Mechanismen von der Ausrichtung der Kristalle abhängig sind. Nanoindentierungsmessungen zeigten ein E-Modul von etwa 90 GPa und eine Berkovich-Härte von 7 GPa an. Dieses Ergebnis ist niedriger als das zuvor auf LiMn 2 O 4 - Dünnschicht gemessene Ergebnis von Zhu und Zeng (2012). Das ist sicher deshalb der Fall, weil sie nicht die Aufstockung berücksichtigten und folglich die Eigenschaften überschätzten, aber auch weil unsere Proben aus weniger hochwertigen Partikeln bestehen. Das E-Modul und die Härte steigen um mehr als 10 % bei schwächeren Lithium- Konzentrationen. Wir brachten dieses Verhalten mit Mn−O-Bindungen in Zusammenhang. Diese sind steifer, wenn die Valenz des Übergangsmetalls zunimmt. Die durchschnittliche Mn-Valenz wächst um von +3,5 für LiMn 2 O 4 bis +4 für λ−MnO 2 . Eine Ausnahme bildet die aus einer 25 % SoC-Zelle gewonnene Probe, wo die Härte viel niedriger war (6,5 GPa). Dies könnte durch ein weniger hartes nicht-stöchiometrisches LiMn 2 O 4 verursacht werden. Wie die Micro-Raman-Spektroskopie in Kombination mit CR-AFM zeigte, können benachbarte Partikel unterschiedliche Lithium-Konzentrationen haben, folglich unterschiedliche Steifheit in Einklang mit den Ergebnissen der Nanoindentierung. CR-AFM wurde auch auf die Referenzprobe von LiMn 2 O 4 -Pulver angewendet. Wie sich herausgestellt hat, ist der Spinell isotrop, zumindest innerhalb der Nachweisgrenze des Messgeräts. Eine quantitative Durchführung von CR-AFM hat sich als erfolglos erwiesen.
Durch Anwendung einer traditionellen Technik, die darin besteht, die Länge der durch Indentierung ausgelösten Risse zu messen, hat sich für die Bruchzähigkeit des Wafers ein Wert von 0.23 MPa·m 1/2 ergeben. Da die ungewöhnliche Konfiguration der Risse um die Eindrücke der Partikel herum es nicht erlaubt, diese Methode anzuwenden, wurden COD-Messungen durchgeführt. Für die kommerziellen Partikel wurde eine Bruchzähigkeit von etwa 0,9 MPa·m 1/2 gemessen, für den Wafer eine Bruchzähigkeit von etwa 0,8 MPa·m 1/2 . EBSD hat außerdem gez
HOXB4-mediated specification of the hemogenic endothelium during differentiation of pluripotent stem cells, in vitro
No full textDie Identifizierung molekularer Mechanismen, die während der in vitro Differenzierung pluripotenter Stammzellen das hämatopoetische Zellschicksal regulieren, ist Voraussetzung für eine gerichtete und effiziente Generierung hämatopoetischer Stammzellen (HSZ) und deren künftigen Einsatz im Rahmen der somatischen Gen- und Zelltherapie. In vitro können bisher HSZ mit Langzeit-Repopulationspotenzial nur dann generiert werden, wenn der Homöodomäne Transkriptionsfaktor (TF) HOXB4 während der Differenzierung von embryonalen Stammzellen (ESZ) der Maus, ektop exprimiert wird. Die „Zielzelle“, in der HOXB4 seine Hämatopoese-fördernde Wirkung während der Differenzierung entfaltet und die zugrunde liegenden Mechanismen seiner Aktivität in dieser Zelle sind bisher unbekannt. Um dieser Frage nachzugehen, wurde HOXB4 konstitutiv oder als Tamoxifen-induzierbares Fusionsprotein mit der hormonbindenden Domäne des Östrogenrezeptors (ERT2) retroviral in verschiedenen Maus ESZ-Linien exprimiert, um dessen Einfluss auf die Schicksalsentscheidungen während der hämatopoetischen Differenzierung zu untersuchen. Um die Wirkung von HOXB4 auf wesentliche „Eckpunkte“ der Entwicklung von definitiven HSZ (dHSZ) im Embryo untersuchen zu können, wurden geeignete Reporter- und knock-out ESZ eingesetzt. Die Spezifikation des Mesoderms wurde mit Hilfe einer BrachyuryGFP/+ ESZ-Linie über die Expression des TF Brachyury (Bry) analysiert. Die Expression und der Anteil von Bry+ mesodermalen Zellen, wurde durch die ektope Expression von HOXB4 nicht beeinflusst. Auch am zeitlich nächsten definierten "Meilenstein" der hämatopoetischen Entwicklung, dem bipotenten Hämangioblasten (Blast-Colony Forming Cell, Bl-CFC), der sich weiter zu strukturellem oder hämogenem Endothel spezifizieren kann, führte HOXB4 zu keiner wesentlichen Änderung der Blastenkolonie-Zahlen. Allerdings vermittelte der TF eine sehr starke Zunahme von hämogenen Endothelzellen (HE) in den Blastenkolonien. Dieses nur transient vorkommende Endothel wandelt sich über den Prozess der Endothelial-to-Hematopoietic Transition (EHT) in dHSZ um. Für diesen Vorgang ist der TF Runx1 (AML1) essentiell. Durch den Einsatz einer Runx1 knock-out ESZ-Linie, die eine Doxyzyklin-induzierbare Runx1 Kodierungssequenz im Genom integriert hat (iRunx1(-/-)), konnte der Einfluss von HOXB4 auf die Entwicklung des HEs detailliert untersucht werden, da ohne Runx1 keine EHT zu dHSZ stattfindet. Ektop exprimiertes HOXB4 führte zu einer über 30-fachen Steigerung der Zahl an Endothel-Kolonien, die immunphänotypisch und funktionell als HE definiert werden konnten. Zur genaueren Untersuchung des Prozesses der EHT wurde eine ESZ-Linie verwendet, die heterozygot Venus als Reportergen unter der Kontrolle des proximalen P2 Promotors von Runx1 exprimiert (Runx1Venus/+). HOXB4 induzierte zwar nicht die initiale basale Expression von Runx1, forcierte aber in einem Teil der HE-Zellen eine Steigerung der Runx1 Expression über einen kritischen Schwellenwert, der für die Transition des hämogenen Endothels zu dHSZ notwendig war.
Zusammenfassend lassen die Ergebnisse den Schluss zu, dass die ektope Expression von HOXB4 in differenzierenden pluripotenten Stammzellen der Maus zu allererst in Hämangioblasten als „molekularer Schalter“ wirkt, indem es die hämatopoetische Spezifikation forciert. Die darauffolgende Steigerung der Expression von Runx1 und dessen synergistisches Zusammenspiel mit HOXB4 führen letztendlich zu einer verstärkten Entstehung und Ausreifung von dHSZ.
Falls die Ergebnisse dieser Arbeit auf pluripotente Stammzellen des Menschen übertragbar sind, könnten sie eventuell zur künftigen Entwicklung von transplantierbaren, patientenspezifischen HSZ aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSZ) wesentlich beitragen.Identifying the molecular pathways regulating hematopoietic stem cell (HSC) specification from pluripotent stem cells, in vitro, is an important goal for the development of safe somatic gene and cell therapy. So far, HSCs capable of long-term multilineage reconstitution in mice have only been obtained when the homeodomain transcription factor (TF) HOXB4 was ectopically expressed during pluripotent stem cell differentiation. However, the primary "target" cell of HOXB4 responsible for enhanced hematopoietic development, in vitro, is not yet known. To pin down this cell, we retrovirally expressed HOXB4 or a Tamoxifen-inducible fusion protein containing the hormone-binding domain of the estrogen receptor in different reporter and knock-out mouse embryonic stem cells (ESCs) to investigate its influence on major fate decisions during different stages of hematopoietic specification, in vitro. To follow mesoderm specification, we used an ESC-line containing the CDS for green fluorescent protein (eGFP) integrated into the brachyury gene locus (BryGFP/+). Bry expression can be detected in all nascent and migrating mesoderm. Ectopic expression of HOXB4 did not influence the expression-level of Bry or the proportion of Bry+ cells. Likewise, development of the chronologically next cell-type known to be involved in hematopoietic development, the hemangioblast (blast-colony forming cell, Bl-CFC) a bipotent cell capable of generating both structural and hemogenic endothelial cells was not altered by ectopic HOXB4 expression. However, HOXB4 mediated a strong, significant increase in the number of hemogenic endothelium (HE-) cells, a rare, temporary population of endothelial cells which develop from hemangioblasts. Definitive HSCs (dHSCs) arise from the HE by a process called endothelial-to-hematopoietic-cell-transition (EHT) which totally depends on the presence of the transcription factor Runx1. Utilizing a Runx1 knock-out ESC-line containing a doxycycline-inducible Runx1 coding sequence (iRunx1(-/-)), we were able to investigate the influence of HOXB4 on the formation of the HE as dHSCs are not generated without Runx1. Ectopic HOXB4 expression mediated an approximately 30-fold increase in the number of circular endothelial sheets which immunphenotypically and functionally were proven to possess HE characteristics. To be able to follow the process of EHT in more detail, we employed ESCs containing a Venus gene reporter under the control of the proximal P2 promoter of one Runx1 allele (Runx1Venus/+). Although HOXB4 did not induce initial Runx1 expression, it did promote the appearance of a subpopulation expressing increased levels of Runx1 required for the transition of HE-cells towards dHSCs.
Taken together, our results strongly suggest that HOXB4 behaves as a “molecular switch” within the hemangioblast by enforcing its hematopoietic specification. The subsequent further increase of basal Runx1 expression and its synergistic activity with HOXB4 leads to the enhanced development and maturation of dHSCs. My results may hold promise to overcome the current limitations in generating transplantable HSCs from human pluripotent stem cells, such as iPSCs
Politikdidaktisches Wissen und Können – eine explorative Studie zur Modellierung und Operationalisierung handlungsnaher Aspekte professioneller Kompetenzen
No full textDerzeit vorliegende Kompetenzstrukturmodelle der Politikdidaktik sowie anderer Domänen gehen davon aus, dass das Professionswissen von Lehrkräften eine zentrale kognitive Ressource für unterrichtliches Handeln darstellt und messen dieses professionelle Wissen häufig in Form schriftlicher Wissenstest. Das damit verbundene theoretische Verständnis zur angenommenen Handlungswirksamkeit des so operationalisierten Wissens wird ebenso problematisiert, wie die entsprechenden forschungsmethodischen Zugänge, die zur Anwendung kommen. Kritisch diskutiert wird hierbei insbesondere, ob ein Papier-Bleistift-Test auch tatsächlich handlungsnahes Wissen erfassen kann, da wesentliche Facetten des Unterrichts – wie Kontextspezifität und Komplexität – in solchen Testformaten nicht adäquat abgebildet werden können.
Diese Arbeit erkundet theoretisch und empirisch die Frage- und Problemstellung einer Modellierung und Messung handlungsnaher Aspekte professionellen Wissens und Könnens von (angehenden) Politiklehrkräften in Form einer explorativen Machbarkeitsstudie. Der Fokus liegt dabei auf dem für das Lehrer/-innenhandeln wichtigen fachdidaktischen Wissen.
Der erste Teil der Arbeit (theoriebasierte Exploration) beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen zum professionellen Wissen und Können von Lehrkräften. Ausgangslage sind dabei insbesondere die Wissenstaxonomie von Shulman (1986, 1987) sowie kognitionspsychologisch geprägte Zugänge zum Lehrer/-innenwissen. Unterschiedliche Ansätze zur Konzeptualisierung des fachdidaktischen Wissens werden miteinander verglichen und deren Verortung in übergeordneten Kompetenzstrukturmodellen erläutert. Auf dieser Basis wird ein mehrdimensionales heuristisches Strukturmodell politikdidaktischen Wissens und Könnens vorgeschlagen, welches die Operationalisierung handlungsnaher Aspekte fachdidaktischer Kompetenzen ermöglichen soll.
Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit (empirische Exploration) wird diese erweiterte Modellierung in ein erkundendes Testverfahren umgesetzt, das tentative Aussagen zu den Strukturannahmen des Modells sowie zu den Möglichkeiten einer computerbasierten videogestützten Diagnostik ermöglichen soll. Dieser empirisch-explorative Teil der Arbeit dient somit der Instrumenten(weiter)entwicklung sowie der Hypothesengenerierung. Hierzu werden angehenden Politiklehrkräfte im Format des video-cued testing Videovignetten mit authentischen, herausfordernden und anforderungsreichen Unterrichtssituationen gezeigt, auf die sie in natürlicher Sprache unter Zeitdruck reagieren müssen. Im Unterschied zu videobasierten Verfahren, die beispielsweise versuchen, aus der Beobachtung metakommunikativ-reflektierender Reaktionen der Probandinnen und Probanden Rückschlüsse auf die dahinter liegenden Kompetenzen zu ziehen, ist das Design der vorliegenden Studie als Leistungstest ausgelegt. Die Teilnehmenden verhalten sich in diesem Verfahren verbal so, als wenn sie im Unterricht wären; es wird davon ausgegangen, dass die Fähigkeit der Teilnehmenden nahe an authentischen Unterrichtssituationen geschätzt werden können.
Die empirischen Befunde der Studie müssen aufgrund der Größe und Zusammensetzung der Stichprobe sowie aufgrund des explorativen Charakters der Arbeit entsprechend vorsichtig interpretiert werden. Jedoch deutet sich an, dass eine Operationalisierung handlungsnaher Aspekte politikdidaktischen Wissens und Könnens entlang der theoretischen Modellierung möglich ist. Auch die Ergebnisse hinsichtlich der Testleistungen der Probanden zeigen sich im Wesentlichen anschlussfähig an die Erkenntnisse vorliegender domänenspezifischer Studien. Gleichzeitig ist ein Weiterentwicklungsbedarf auszumachen, der sowohl die theoretische Modellierung als auch die empirische Messung betrifft. Dies wird im abschließenden Teil der Arbeit diskutiert.Current competence structure models of political science didactics and other domains assume that professional competence of teachers is a central cognitive resource for teaching. This type of professional know-how is often measured through written knowledge-focused tests.
The connected theoretical understanding concerning the assumed operative effectiveness of knowledge operationalized in this way is problematized as much as are the frequently used methodological research approaches. Critically discussed is in particular whether a paper-pencil test can actually capture “know-how”, as essential facets of teaching practice – such as context specificity and complexity – cannot be adequately displayed in such test formats.
In an exploratory feasibility study this work examines theoretically and empirically the queries and problems of modeling and measuring know-how-aspects in the professional knowledge and abilities of (prospective) politics teachers. The focus lies on the subject-specific pedagogical content knowledge (PCK) important for the teachers.
The first part of the work (theory-based exploration) deals with the theoretical foundations for professional knowledge and abilities of teachers. The main starting points are Shulman’s taxonomy of knowledge (1986, 1987), as well as approaches to teaching know-how coined by cognitive psychology. Different approaches to the conceptualization of PCK are compared and their localization in superordinated competence structure models is explained. On this basis, a multi-dimensional heuristic structural model of political-science-specific didactic knowledge and abilities is proposed, which is meant to facilitate the operationalization of know-how aspects of didactic skills.
In the second part of this study (empirical exploration), this advanced modeling is transferred into a probing test procedure designed to facilitate tentative statements about the model’s structural assumptions as well as the possibilities of computer-based video-assisted diagnosis. This empirical-explorative part of the work therefore serves the instrument’s (further) development and the generation of hypotheses. For this, prospective political science teachers are shown video vignettes with authentic, challenging and demanding teaching situations in the format of the video-cued testing, to which they must respond in natural language under time pressure. Unlike video-based methods that for example try to draw conclusions about the underlying skills of the subjects by observing metacommunicative-reflective reactions, the design of the present study is devised as a performance test. Test subjects in this process verbally behave as if they were in the classroom; it is assumed that thus the skills of the test subjects in authentic teaching situations can be approximated.
The empirical findings of the study have to be interpreted with appropriate care because of the size and composition of the sample and due to the exploratory nature of the work. However, results suggest that an operationalization of know-how aspects in didactical abilities and knowledge along the theoretical modelling will be possible. The results regarding the test performance of the test subjects essentially correspond to the findings of present domain-specific studies. At the same time, a need for further development can be ascertained, both in the theoretical modeling and the empirical measuring. This is discussed in the final part of the work
Synthese von Kern@Schale hoch-k Nanopartikeln
No full textIn den letzten Jahren haben Kern@Schale Nanopartikel stark an Bedeutung in Forschung und Entwicklung neuartiger funktionaler Materialien gewonnen, da hier die Möglichkeit besteht, verschiedene Funktionalitäten zu kombinieren und die Eigenschaften durch Zusammensetzung, Dicke des Kerns und der Hülle und Partikelgröße gezielt zu beeinflussen. Als Kern Materialien kommen hierbei unter anderem Halbleiter, Metalle, magnetische Oxide und gekapselte
Moleküle zum Einsatz. Die Schale kann den Kern vor Umwelteinflüssen schützen, die Agglomeration vermindern, die Stabilität und Dispergierbarkeit erhöhen, z. B. die kernoberfläche lassen sich funktionalisieren, dadurch wird ein homogenes Einbringen anorganischer Kernpartikel in eine organische Matrix möglich.
BaTiO3 ist ein sehr bekanntes dielektrisches Material und wird als Dielektrikum in Kondensatoren verwendet aufgrund seiner hohen und frequenzunabhängigen relativen Permittivität mit niedriger dielektrischen Verluste. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Synthese und Charakterisierung von BaTiO3 Nanopartikeln und die Verwendung von BaTiO3- Nanopartikeln zur Herstellung von verschiedenen Kern@Schale Nanopartikel: BaTiO3@SiO2 und Ag@BaTiO3.
Für die Herstellung von BaTiO3 Nanopartikeln wird eine umfangreiche, kosteneffiziente und umweltverträgliche “Organosol” Synthese bei niedrigen Temperaturen entwickeln. Diese einfache, schnelle und schonende Synthese bietet viele Möglichkeiten, auf das gewünschte Produkt Einfluss zu nehmen. Hinzu kommt die einfache Skalierbarkeit und die genaue Kontrolle der Partikelgröße.
Des Weiteren wird die Herstellung von BaTiO3@SiO2 Nanopartikel mit Kern@Schale-Struktur über inverse Mikroemulsion als Reaktionsmedium gezeigt. Die inverse Mikroemulsionslösung (W/O) besteht aus Triton X-100, n-Hexanol, Cyclohexan und einer wässrigen Phase. Bei diesem Verfahren werden aus einem Tetraalkylorthosilicat (TEOS) durch eine Ammoniak-katalysierte Hydrolyse-Kondensationsreaktion in einer inversen Mikroemulsion SiO2 beschichtete BaTiO3 Nanopartikel, wobei die SiO2 schale eine Dicke im Bereich von 3 nm bis 20 nm aufweist, erzeugt. Mikrostrukturanalysen, so wie TEM-EDS-Elementverteilungsbilder,
zeigen SiO2 auf der BaTiO3 Nanopartikel-Oberfläche gebildet wird.
Der dritte Teil der Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von Ag@BaTiO3 Nanopartikel. Die Herstellung erfolgt in zwei Schritten: (1) Herstellung eines Ag Organo-sols, (2) anschließend Einbringen des hergestellten Ag Organosols in ein BaTiO3 “Organosol” Precursor. UV/Vis-Spektroskopie ermöglicht die Untersuchung der Bildung und Aggregation von Ag und Ag@BaTiO3 Nanopartikel. Die spektrale Lage der Plasmonresonanz wird von mehreren Faktoren beeinflusst, z.B. dem umgebenden Medium, auch der BaTiO3 Schichtdicke. Es zeigt sich eine erhebliche Veränderung der spektralen Lage von Ag@BaTiO3 Nanopartikeln mit einer ultradünnen Schale von weniger als 5 nm. Es entsteht ein breites spektrum, wenn sie alles auffallende Licht fast vollständig absorbieren.
Die zukünftige Arbeit konzentriert sich auf die angestrebte homogene Einbettung unserer hergestellten Nanopartikeln mit Kern@Schale-Struktur in Polymermatrizes zur Anwendung und Entwicklung zukünftiger organischer Solarzellen.In recent years, the development of core@shell structured nanoparticles has received great research attention because of the combination of different properties in one particle based on different compositions of the core and the shell. The core often shows the relevant property (e.g. semiconductors, metals, magnetic oxides, encapsulated molecules), while the shell can not only avoid the aggregation and oxidation of the particles, but also can alter the dispersion characteristics of the particles by surface modification, so that the possibility is given to blend the core@shell particles into the polymer matrices.
BaTiO3 is one of well-known dielectric materials that is also used in a variety of semiconductor devices owing to its high and frequency-independent permittivity with low dielectric loss. In this work, we aspire to develop a versatile, cost efficient, environmental friendly, and easy-to-scale up method for synthesizing BaTiO3 nanoparticles and BaTiO3-based different types of core@shell nanoparticles: BaTiO3@SiO2 and Ag@BaTiO3 with the core@shell structure.
The “Organosol” sythesis is proposed to produce hydrophobic BaTiO3 nanoparticles at temperatures as low as room temperature. The advantages of this method are a high yield, a simple but precise control of the size of the particles, low process temperature, short reaction time, as well as low cost of reagents.
BaTiO3@SiO2 compsite nanoparticles with tunable thickness from 3 nm to 20 nm are successfully prepared by a reverse microemulsion method. Specifically, the formation of BaTiO3@SiO2 is performed by using hydrophobic BaTiO3 nanoparticles as seeds in a Triton
X-100/n-hexanol/cyclohexane/water reverse microemulsion (W/O). The shell is formed by hydrolysis and condensation of tetraethyl-orthosilicate (TEOS) on the surface of the BaTiO3 particles. The TEM and EDS elemental mapping images clearly show that the BaTiO3@SiO2 compsite nanoparticles have a core@shell structure.
Ag@BaTiO3 composite nanoparticles with tunable optical properties were formed in two steps: (1) the synthesis of a Ag organosol, (2) followed by its incorporation with BaTiO3 “organosol” precursor to prepare Ag@BaTiO3 composite nanoparticles. A controllable nanolayer of BaTiO3 on the surface of Ag was formed at different Ag/Ba molar ratios. The UV-vis results reveal changes in the optical features of the Ag and Ag@BaTiO3 composite nanoparticles corresponding to the medium where the nanoparticles are embedded in and the thickness of the BaTiO3 shell. It was found that the ultrathin BaTiO3 shell with a thickness less than 5 nm in composite significantly alters the optical feature and results in almost complete absorption of light in broad spectrum.
The future work will be focused on the preparation of polymer-based nanocomposites homogeneously incorporating our synthesized colloidal core@shell nanoparticles for development of organic photovoltaic devices
Fachartikel zum Thema Verhandlungen
No full textDie Dissertation entwickelt unterschiedliche Verhandlungsmodelle und untersucht die Gründe für den Zusammenbruch von Verhandlungen in drei bestimmten Verhandlungssituationen. Neben Verhandlungen zwischen autonomen Staaten in einem internationalen Rahmen, wird auch die Verhandlung zwischen Käufer und Verkäufer analysiert. Als Gründe für den Zusammenbruch von Verhandlungen werden zum einen asymmetrische Information und zum anderen Commitment Probleme identifiziert.The dissertation develops different bargaining models and analyzes the reasons for the breakdown of negotiations in three specific bargaining situations. Besides bargaining between autonomous states in an international setting, negotiations between buyers and sellers are analyzed. Asymmetric information and commitment problems are identified as potential reasons for the breakdown of bargaining