Cellulosananofibriller (CNFs) hör till naturens mest fundamentala byggstenar och förser naturliga material, såsom den yttre cellväggen i trä, med en otrolig styrka och styvhet. Genom att imitera träets arkitektur öppnas möjligheter upp för tillverkning av nya, biobaserade och lättviktiga strukturella material med mekaniska egenskaper som överskrider de för glasfiber, metaller och legeringar. Den ingenjörsmässiga utmaningen ligger i att framgångsrikt lyckas överföra de önskade mekaniska egenskaperna hos CNFs till filament som kan användas i material för dagligt bruk. Vid flödesfokuserad spinning av extraherade CNFs påverkar många parametrar den slutgiltiga funktionaliteten och kvaliteten hos de resulterande filamenten. För att optimera dessa processparametrar är mätning av de spunna filamentens dimensioner ett viktigt moment. Av särskilt intresse är filamentbredden, eftersom den är avgörande för de mekaniska egenskaperna. Karakterisering av filamentbredden är i dagsläget en mycket tidskrävande process där varje filament mäts manuellt i optiskt mikroskop. Det huvudsakliga målet med detta projekt är att effektivisera den nuvarande mätprocessen med avseende på både hastighet och noggrannhet med hjälp av laserspridning. I denna rapport visar vi på minst en halvering av nuvarande mättid vid användandet av en 3D-printad laseruppställning istället för ett optiskt mikroskop vid mätning av filamentbredd. Våra resultat indikerar att mätsäkerheten generellt är högre för lasermetoden jämfört med mikroskopin. Genomsnittliga standardavvikelser för mätvärden på tunnaste bredden från mikroskopi samt de två olika kurvanpassningsmetoderna vid lasermätning rapporteras vara 1.62, 0.85 (Curve fit) respektive 1.59 (Minima matching). Standardavvikelserna för tunnaste bredd korrelerar dock inte direkt mot metodernas noggrannhet eftersom de spunna filamenten uppvisar en stor variation i bredd längs med längden. En närmare jämförelse mellan mätvärden för matchade punkter på ideala och defekta filament demonstrerar att icke-uniforma och defekta filament påverkar mätnoggrannheten för laserspridningen negativt. Sammantaget stödjer våra resultat det faktum att ett tunnare filament resulterar i bättre upplösning och mindre mätfel vid mätning med laserspridning. Våra resultat visar på den stora potentialen för laserspridning som en mer effektiv mätmetod vid karakterisering av cellulosafilamentbredd. / Cellulose nanofibrils (CNFs) are one of nature’s most fundamental building blocks, providing incredible strength and stiffness to natural materials, such as the outer cell wall layer in wood. By mimicking the architecture of wood, possibilities opens up for the fabrication of new, biobased, light-weight structural materials with mechanical properties exceeding that of glassfibers, metals and alloys. However, the engineering challenge lies in successfully managing to translate the desirable mechanical properties of the CNFs into filaments that can be used in everyday life materials. Throughout the process of spinning the extracted CNFs into filaments, many factors and parameters affect the ultimate functionality and performance of the resulting filaments. Measuring the dimensions of the spun filaments is a crucial step in further optimizing process parameters. The width of the filament especially, impacts its mechanical performance. The characterization of the cellulose filament width is currently very time-consuming as each filament is manually measured using optical microscopy. The primary goal of this project is to make the current characterization process more effective, with respect to both accuracy and speed of measurement, by using laser scattering. In this report, we demonstrate a reduction by more than a half in measurement time using a 3D-printed laser scattering setup instead of an optical microscope when measuring filament width. Our results indicate that the certainty in measurement is generally higher for lase rscattering compared to optical microscopy. The mean standard deviations (SD) for the smallest widths estimated with optical microscopy and the two curve fitting methods used for the laser measurements are reported to be 1.62, 0.85 (Curve fit) and 1.59 (Minima matching) respectively. However, standard deviations for the thinnest width does not correlate directly to the accuracy of the methods since the spun filaments show a large variation in width along the length. A closer comparison between measurement values for matched points at ideal and non-uniform filaments demonstrate that the accuracy of the laser measurements are dependent on the uniformity of the filaments, with non-uniform filaments negatively impacting the accuracy. Our overall results supports the fact that a thinner filament gives a better resolution and smaller error when measuring with laser. Our results provide evidence for the great potential of laser scattering as a more efficient method for cellulose filament width determination.

Light Detection and Ranging (Lidar) is a kind of active sensor that emits a laser pulse and primarily measures the time of flight of the returning pulse and uses it to construct a 3D point cloud of the scene around the lidar sensor. The constructed point cloud is an essential asset for the control of autonomous vehicles, and especially today, an essential basis for the training of autonomous vehicle control models. However, it remains time-consuming, high-risk and expensive to acquire the amounts of data necessary to train the rather complex modern control models. As such, generating the point cloud through simulations becomes a natural solution. Yet, many lidar simulations today produce ideal point clouds, corrected only by random noise, without considering the physical reasons behind the imperfections visible in real lidar point clouds. The aim of this study was to investigate real-time simulation models for disturbances that may cause imperfections in lidar data. From a base investigation of lidar, disturbances were found, models were investigated and finally a real-time implementation of Atmospheric Effects and attenuation from Beam Divergence was evaluated. It was found that the implemented models could produce physically accurate lidar point placement while keeping the computational time low enough for real-time evaluation. However, to achieve correct separation of target hit rates under Atmospheric Effects, as high as 34% of the points had to be dropped. Additionally, the intensity of the return points could not be properly verified. From these results it can be concluded that, with additional verification and adjustment, the presented models can achieve good results for evaluation in real-time. The results of this study thus serve as a support for future developments of realistic real-time lidar simulations, for use in development of autonomous vehicle control models and implementation of digital twins.

Organic solar cells (OSCs) based on non-fullerene acceptors (NFAs) have attracted a great deal of attention in recent years due to their rapidly increasing efficiency and enormous potential. In this work, the optical and electronic properties of systems containing the very promising non-fullerene acceptor PYT have been thoroughly studied with the use of the density functional theory (DFT) and the time-dependent density functional theory (TDDFT). By changing the electron linker from thiophene to furan and selenophene, respectively, the PYT was divided into three variants, each of which was studied independently. In addition, these three systems were combined with the donor PBDB-T to generate two distinct interface conformations. The properties studied in this work include the optimized geometries, HOMO-LUMO levels, UV-Vis spectra, frontier molecular orbitals (FMOs), natural transition orbitals (NTOs), density of states (DOS), dipole moments, open-circuit voltages, exciton binding energies, and local exciton (LE) and charge transfer (CT) energies. The calculations were performed in chlorobenzene solution utilizing the polarizable continuum model (PCM). It was discovered that PBDB-T/PY-Se exhibited remarkable flatness employing the π-π stacking conformation which corresponds well with the excellent D/A compatibility observed experimentally. All interfaces displayed appropriate positioning of the HOMO-LUMO levels, with the acceptor dominating the LUMO and the donor dominating the HOMO, with HOMO-LUMO gaps ranging between 1.34 and 1.38 eV. The differences in the interchanging of the electron linker were not that significant, and neither was the change in interface conformation in terms of the HOMO-LUMO levels. This may indicate that the system can be effective even without the presence of a π-π stacking conformation. The first excited states for all interface systems were shown to be pure CT transitions, and on average, 80% of the states exhibit CT character. The remaining contributions consisted of transitions within the pure materials, with a larger contribution within the acceptor. The theoretical results of this study indicate that systems containing the novel polymer acceptor PYT and its variants PY-O and PY-Se exhibit very intriguing properties, and further development of OSCs containing these polymers might further aid in the development of high-performance OSCs. / Organiska solceller (OSC) baserade på icke-fullerenacceptorer (NFA) har väckt stor uppmärksamhet de senaste åren på grund av dess snabbt ökande effektivitet och enorma potential. I detta arbete har de optiska och elektroniska egenskaperna hos system innehållande den mycket lovande icke-fullerenacceptorn PYT studerats grundligt med användning av täthetsfunktionalteorin (DFT) och den tidsberoende täthetsfunktionalteorin (TDDFT). Genom att ändra elektronförbindelsen från tiofen till furan respektive selenofen så delades PYT upp i tre varianter som var och en studerades oberoende av varandra. Dessutom kombinerades dessa tre system med donatorn PBDB-T för att generera två distinkta gränssnittskonformationer. Egenskaperna som studeras i detta arbete inkluderar optimerade geometrier, HOMO-LUMO-nivåer, UV-vis spektra, gränsmolekylära orbitaler (FMO), naturliga övergångsorbitaler (NTO), tillståndstäthet (DOS), dipolmoment, tomgångsspänning, excitonbindningsenergi samt lokal exciton (LE) och laddningsöverförings (CT) energier. Beräkningarna utfördes i klorbensenlösning med användning av den polariserbara kontinuummodellen (PCM). I resultatet uppvisade PBDB-T/PY-Se en anmärkningsvärd planhet med användning av π-π staplingskonformationen som överensstämmer väl med den utmärkta D/A-kompatibiliteten som observerats experimentellt. Alla gränssnitt visade lämplig positionering av HOMO-LUMO-nivåerna, med acceptorn som dominerade LUMO och donatorn som dominerade HOMO, med HOMO-LUMO-gap mellan 1.34 och 1.38 eV. Skillnaderna i utbytet av elektronförbindelsen visade sig inte vara signifikanta och inte heller skillnaden i gränssnittskonformation när det gäller HOMO-LUMO-nivåerna. Detta kan indikera att systemet kan vara effektivt även utan förekomst av π-π staplingskonformation. De första exciterade tillstånden för alla gränssnittssystem visade sig vara rena CT-övergångar och i genomsnitt uppvisade 80% av tillstånden CT-karaktär. Resterande andel bestod av övergångar inom de rena materialen med en större andel inom acceptorn. De teoretiska resultaten av denna studie indikerar att system innehållande den nya polymeracceptorn PYT och dess varianter PY-O och PY-Se uppvisar mycket spännande egenskaper samt att vidareutveckling av OSC:er som innehåller dessa polymerer ytterligare kan hjälpa till i utvecklingen av högpresterande OSC:er.

The problem of how quantum mechanics gives rise to classicality has been debated for more than a century. A commonly proposed solution is decoherence, i.e. the gradual decay of superpositions in open quantum systems due to their inevitable interaction with their environment. However, the ability of decoherence to account for all aspects of the classical world is often questioned. A recently proposed model suggests that decoherence can occur even in isolated composite systems subject to gravitational time dilation, something which has sparked a debate. In this thesis we attempt to identify the precise role of decoherence in the quantum-to-classical transition (QTCT) and then use the result to analyze the validity of the newly proposed time dilation-induced decoherence mechanism. We find that the problem of the QTCT can be divided into two parts and that decoherence solves the first of these whereas the second is unsolvable without fundamental modifications to quantum theory. Moreover, we argue that the effect is fundamentally frame-dependent and we find a general formula for the rate of decoherence of macroscopic superpositions in the case where both the system and observer use Rindler coordinates. The result suggests that the frame-dependence may be utilized to increase the strength of the effect in experimental settings. Finally, the possibilities of experimental verification are discussed and we argue that recent advances in quantum measurement techniques in gravitational-wave observatories may enable tests of gravitational decoherence in the near future, finally providing an empirical glimpse into the resolution of one of the most critical debates in all of physics. / Huruvida kvantfysiken kan ge uppkomst till den klassiska fysiken på stora skalor är ett problem som diskuterats under mer än ett århundrade. En föreslagen lösning är dekoherens, alltså det gradvisa sönderfallet av superpositioner i öppna kvantsystem på grund av den oundvikliga interaktionen med deras omgivning. Dekoherensens förmåga att förklara alla delar av den klassiska världen ifrågasätts emellertid fortfarande. De senaste åren har en ny effekt uppmärksammats som tyder på att dekoherens även kan uppstå i isolerade kompositsystem under påverkan av gravitationell tidsdilatation, något som orsakat en debatt i litteraturen. I detta arbete försöker vi identifiera dekoherensens roll i övergången från det kvantmekaniska till det klassiska, och vi använder sedan resultatet för att analysera den ovannämnda gravitationella dekoherensmekanismen. Det allmänna problemet med övergången från kvantfysik till klassisk fysik delas upp i två delar, och vi visar att dekoherens löser den första delen; den andra delen visar sig vara olösbar utan fundamentala förändringar av kvantfysikens ramverk. Vidare visas den gravitationella dekoherenseffekten vara observatörsberoende och vi härleder en allmän formel för takten med vilken makroskopiska superpositioner sönderfaller i de fall då både systemet och observatören använder Rindlerkoordinater. Resultaten tyder på att observatörsberoendet eventuellt kan utnyttjas för att öka effektens styrka i experimentalla sammanhang. Slutligen diskuteras möjligheter att experimentellt verifiera effekten; vi argumenterar för att nya genombrott inom kvantmätteknik i gravitationsvågsobservatorium kan möjliggöra tester av gravitationell dekoherens inom en snar framtid, vilket skulle ge oss en första empirisk inblick i lösningen till en av fysikens mest kritiska debatter.