La télédétection contribue à la cartographie et la modélisation des paramètres forestiers. Ce sont les systèmes optiques et radars qui sont le plus généralement utilisés pour extraire des informations utiles à la caractérisation de ces paramètres. Ces systèmes ont montré des bons résultats pour estimer la biomasse dans certains biomes. Cependant, ils présentent des limitations importantes pour des forêts ayant un niveau de biomasse élevé. En revanche, la télédétection LiDAR s’est avérée être une bonne technique pour l'estimation des paramètres forestiers tels que la hauteur de la canopée et la biomasse. Alors que les LiDAR aéroportés acquièrent en général des données avec une forte densité de points mais sur des petites zones en raison du coût de leurs acquisitions, les données LiDAR satellitaires acquises par le système spatial (GLAS) ont une densité d'acquisition faible mais avec une couverture géographique mondiale. Il est donc utile d'analyser la pertinence de l'intégration des hauteurs estimées à partir des capteurs LiDAR et des données auxiliaires afin de proposer une carte de la hauteur des arbres avec une bonne précision et une résolution spatiale élevée. En outre, l'estimation de la hauteur des arbres à partir du GLAS est difficile compte tenu de l'interaction complexe entre les formes d'onde LiDAR, le terrain et la végétation, en particulier dans les forêts denses. Par conséquent, la recherche menée dans cette thèse vise à: 1) Estimer et valider la hauteur des arbres en utilisant des données acquises par le LiDAR aéroportés et GLAS. 2) évaluer le potentiel de la fusion des données LiDAR (avec les données aéroportées ou satellitaires) et des données auxiliaires pour l'estimation de la hauteur des arbres à une échelle régionale (Guyane française). L'estimation de la hauteur avec le LiDAR aéroporté a montré une EQM sur les estimations de 1,6 m. Ensuite, le potentiel de GLAS pour l'estimation de la hauteur a été évalué en utilisant des modèles de régression linéaire (ML) ou Random Forest (RF) avec des métriques provenant de la forme d'onde et de l'ACP. Les résultats ont montré que les modèles d’estimation des hauteurs avaient des précisions semblables en utilisant soit les métriques de GLAS ou les composantes principales (PC) obtenues à partir des formes d’onde GLAS (EQM ~ 3,6 m). Toutefois, un modèle de régression (ML ou RF) basé sur les PCs est une alternative pour l'estimation de la hauteur, car il ne nécessite pas l'extraction de certaines métriques de GLAS qui sont en général difficiles à dériver dans les forêts denses.Finalement, la hauteur extraite à la fois des données LiDAR aéroporté et GLAS a servi tout d'abord à spatialiser la hauteur en utilisant les données environnementales cartographiées. En utilisant le RF, la spatialisation de la hauteur des arbres a montré une EQM sur les estimations de la hauteur de 6,5 m à partir de GLAS et de 5,8 m à partir du LiDAR aéroporté. Ensuite, afin d'améliorer la précision de la spatialisation de la hauteur, la technique régression-krigeage (krigeage des résidus de la régression du RF) a été utilisée. Les résultats de la régression-krigeage indiquent une diminution de l'erreur quadratique moyenne de 6,5 à 4,2 m pour les cartes de la hauteur de la canopée à partir de GLAS, et de 5,8 à 1,8 m pour les cartes de la hauteur de la canopée à partir des données LiDAR aéroporté. Enfin, afin d'étudier l'impact de l'échantillonnage spatial des futures missions LiDAR sur la précision des estimations de la hauteur de la canopée, six sous-ensembles ont été extraits de de la base LiDAR aéroporté. Ces six sous-ensembles de données LiDAR ont respectivement un espacement des lignes de vol de 5, 10, 20, 30, 40 et 50 km. Finalement, en utilisant la technique régression-krigeage, l’EQM sur la carte des hauteurs était de 1,8 m pour le sous-ensemble ayant des lignes de vol espacés de 5 km, et a augmentée jusqu’à 4,8 m pour le sous-ensemble ayant des lignes de vol espacés de 50 km. / Remote sensing has facilitated the techniques used for the mapping, modelling and understanding of forest parameters. Remote sensing applications usually use information from either passive optical systems or active radar sensors. These systems have shown satisfactory results for estimating, for example, aboveground biomass in some biomes. However, they presented significant limitations for ecological applications, as the sensitivity from these sensors has been shown to be limited in forests with medium levels of aboveground biomass. On the other hand, LiDAR remote sensing has been shown to be a good technique for the estimation of forest parameters such as canopy heights and above ground biomass. Whilst airborne LiDAR data are in general very dense but only available over small areas due to the cost of their acquisition, spaceborne LiDAR data acquired from the Geoscience Laser Altimeter System (GLAS) have low acquisition density with global geographical cover. It is therefore valuable to analyze the integration relevance of canopy heights estimated from LiDAR sensors with ancillary data (geological, meteorological, slope, vegetation indices etc.) in order to propose a forest canopy height map with good precision and high spatial resolution. In addition, estimating forest canopy heights from large-footprint satellite LiDAR waveforms, is challenging given the complex interaction between LiDAR waveforms, terrain, and vegetation, especially in dense tropical and equatorial forests. Therefore, the research carried out in this thesis aimed at: 1) estimate, and validate canopy heights using raw data from airborne LiDAR and then evaluate the potential of spaceborne LiDAR GLAS data at estimating forest canopy heights. 2) evaluate the fusion potential of LiDAR (using either sapceborne and airborne data) and ancillary data for forest canopy height estimation at very large scales. This research work was carried out over the French Guiana.The estimation of the canopy heights using the airborne showed an RMSE on the canopy height estimates of 1.6 m. Next, the potential of GLAS for the estimation of canopy heights was assessed using multiple linear (ML) and Random Forest (RF) regressions using waveform metrics and principal component analssis (PCA). Results showed canopy height estimations with similar precisions using either LiDAR metrics or the principal components (PCs) (RMSE ~ 3.6 m). However, a regression model (ML or RF) based on the PCA of waveform samples is an interesting alternative for canopy height estimation as it does not require the extraction of some metrics from LiDAR waveforms that are in general difficult to derive in dense forests, such as those in French Guiana. Next, canopy heights extracted from both airborne and spaceborne LiDAR were first used to map canopy heights from available mapped environmental data (geological, meteorological, slope, vegetation indices etc.). Results showed an RMSE on the canopy height estimates of 6.5 m from the GLAS dataset and of 5.8 m from the airborne LiDAR dataset. Then, in order to improve the precision of the canopy height estimates, regression-kriging (kriging of random forest regression residuals) was used. Results indicated a decrease in the RMSE from 6.5 to 4.2 m for the regression-kriging maps from the GLAS dataset, and from 5.8 to 1.8 m for the regression-kriging map from the airborne LiDAR dataset. Finally, in order to study the impact of the spatial sampling of future LiDAR missions on the precision of canopy height estimates, six subsets were derived from the airborne LiDAR dataset with flight line spacing of 5, 10, 20, 30, 40 and 50 km (corresponding to 0.29, 0.11, 0.08, 0.05, 0.04, and 0.03 points/km², respectively). Results indicated that using the regression-kriging approach, the precision on the canopy height map was 1.8 m with flight line spacing of 5 km and decreased to an RMSE of 4.8 m for the configuration for the 50 km flight line spacing.

SAMMANFATTNING I detta projekt har jag undersökt restprodukten glasmjöl för att ta fram nya potentiella material för designområdet. Jag har arbetat nyfiket och experimentellt för att behålla fokus och intresset vid liv, samt för att fortsätta vara kreativ trots exempelvis stress eller press. Glasmjölet har under projektet processats på olika sätt och blivit ett flertal material med olika egenskaper. Framförallt har jag valt att fokusera på en av processerna vilket var att smälta glasmjölet i 780°C. Detta material blir bland annat poröst, starkt och dekorativt samt skulle med fördel kunna gjutas i en serieproduktion, om det finns gott om restprodukten glasmjöl. Detta återkommer jag till mer under diskussionen.  Under projektet har jag inspirerats friskt av konstverk, design, starka karaktärer och uttrycket ”less is more”, där jag ställer mig kritisk till uttrycket. Två viktiga referenser för mitt arbete har varit Iris Apfel och skulpturen ”Kyssen” av Auguste Rodin som mitt designförslag är mycket inspirerat av. Skulpturen i designförslaget kommenterar uttrycken ”ornament and crime” och ”less is more” där jag istället vill att min skulptur gärna uttrycker ”more is more” där funktionen fokuserar på det dekorativa och skulpturala. Mina slutförslag är tänkta att tänja på gränser och inspirera, samt väcka intresse i syfte att intressenter kan arbeta vidare i materialet för att på sikt ta tillvara på detta avfall som resurs och därmed bidra till en mer hållbar glasindustri, samt möjligtvis även gynna glasindustrin i Sverige. Slutförslagen är också menade att utmana normer kring både estetik och tankesätt som gärna också får väcka ett intresse i sig. För att utforska mitt ämne har jag hållit en workshop, intervjuat ett flertal personer inom design, återvinning och glas. Jag har arbetat på ett intuitivt, strategiskt och konstnärligt sätt. Under projektet var det viktigt för mig att inte begränsas av min kunskap som glasblåsare utan utforska glasmjölet så öppet som möjligt. Jag har använt ohämmade och okomplicerade metoder i den experimentiella fasen som har väckt min nyfikenhet och kreativitet. Därtill har jag tagit strategiska beslut i slutfasen av projektet, för att kunna använda mig av den rika informationen jag har arbetat fram, och sedan göra genomtänkta, relevanta val. För mig har beslutet, att använda intuitionen, rättfärdigat ett sätt att tänka som fungerar bra för mig eftersom det gjorde processen lustfylld, höll mig nyfiken samt möjliggjorde ett snabbare arbetstempo. Det har fått mig att hålla intresset vid liv samt undvika stress i samband med arbetet som skulle kunna göra processen stum. Jag har genom detta förhållningssätt valt att ha alla delar av mitt liv i fokus.

L'importance de mesurer les paramètres biophysiques de la forêt pour la surveillance de la santé des écosystèmes et la gestion forestière encourage les chercheurs à trouver des méthodes précises et à faible coût en particulier sur les zones étendues et montagneuses. Dans la présente étude, le lidar satellitaire GLAS embarqué à bord du satellite ICESat (Ice Cloud and land Elevation Satellite) a été utilisé pour estimer trois caractéristiques biophysiques des forêts situées dans le nord de l'Iran:1) hauteur maximale de la canopée (Hmax),2)hauteur de Lorey (HLorey), et 3)le volume du bois (V). Des régressions linéaires multiples (RLM), des modèles basés sur les Forêts Aléatoires (FA : Random Forest) et aussi des réseaux de neurones (ANN) ont été développés à l'aide de deux ensembles différents de variables incluant des métriques obtenues à partir des formes d’onde GLAS et des composantes principales (CP) produites à partir de l'analyse en composantes principales (ACP) des données GLAS. Pour valider et comparer les modèles, des critères statistiques ont été calculées sur la base d'une validation croisée. Le meilleur modèle pour l’estimation de la hauteur maximale a été obtenu avec une régression RLM (RMSE=5.0m) qui combine deux métriques extraites des formes d'onde GLAS (H50, Wext), et un paramètre issu du modèle numérique d'élévation (Indice de relief TI). L'erreur moyenne absolue en pourcentage (MAPE) sur les estimations de la hauteur maximale est de 16.4%. Pour la hauteur de Lorey, un modèle basé sur les réseaux de neurones et utilisant des CPs et le Wext fournit le meilleur résultat avec RMSE=3.4m et MAPE=12.3%. Afin d'estimer le volume du bois, deux approches ont été utilisées:(1)estimation du volume à l'aide d’une relation volume-hauteur avec une hauteur estimée à partir de données GLAS et (2)estimation du volume du bois directement à partir des données GLAS en développant des régressions entre le volume in situ et les métriques GLAS. Le résultat de la première approche (RMSE=116.3m3/ha) était légèrement meilleur que ceux obtenus avec la seconde approche. Par exemple, le réseau de neurones basé sur les PCs donnait un RMSE de 119.9m3/ha mais avec des meilleurs résultats que l’approche basée sur la relation volume-hauteur pour les faibles (<10m3/ha) et les forts (>800m3/ha) volumes. Au total, l'erreur relative sur le volume de bois est estimée à environ 26%. En général, les modèles RLM et ANN avaient des meilleures performances par rapport aux modèles de FA. En outre, la précision sur l’estimation de la hauteur à l'aide de métriques issues des formes d'onde GLAS est meilleure que celles basées sur les CPs.Compte tenu des bons résultats obtenus avec les modèles de hauteur GLAS, la production de la carte des hauteurs d’étude par une utilisation combinée de données de télédétection lidar, radar et optique et de données environnementales a été effectuée à l’intérieur de notre zone. Ainsi, des régressions RLM et FA ont été construites entre toutes les hauteurs dérivées des données GLAS, à l'intérieur de la zone d'étude, et les indices extraits des données de télédétection et des paramètres environnementaux. Les meilleurs modèles entrainés pour estimer Hmax (RMSE=7.4m et R_a^2=0.52) et HLorey (RMSE=5.5m et R_a^2=0.59) ont été utilisées pour produire les cartes de hauteurs. La comparaison des Hmax de la carte obtenue avec les valeurs de Hmax in situ à l'endroit de 32 parcelles produit un RMSE de 5.3m et un R2 de 0.71. Une telle comparaison pour HLorey conduit à un RMSE de 4.3m et un R2 de 0.50. Une méthode de régression-krigeage a également été utilisée pour produire une carte des hauteurs en considérant la corrélation spatiale entre les hauteurs. Cette approche, testée dans le but d'améliorer la précision de la carte de la hauteur du couvert fournie par la méthode non-spatiale, a échouée due à l'hétérogénéité de la zone d'étude en termes de la structure forestière et de la topographie. / The importance of measuring forest biophysical parameters for ecosystem health monitoring and forest management encourages researchers to find precise, yet low-cost methods especially in mountainous and large areas. In the present study Geoscience Laser Altimeter System (GLAS) on board ICESat (Ice Cloud and land Elevation Satellite) was used to estimate three biophysical characteristics of forests located in the north of Iran: 1) maximum canopy height (Hmax), 2) Lorey’s height (HLorey), and 3) Forest volume (V). A large number of Multiple Linear Regressions (MLR), Random Forest (RF) and also Artificial Neural Network regressions were developed using two different sets of variables including waveform metrics and Principal Components (PCs) produced from Principal Component Analysis (PCA). To validate and compare models, statistical criteria were calculated based on a five-fold cross validation. Best model concerning the maximum height was an MLR (RMSE=5.0m) which combined two metrics extracted from waveforms (waveform extent "Wext" and height at 50% of waveform energy "H50"), and one from Digital Elevation Model (Terrain Index: TI). The mean absolute percentage error (MAPE) of maximum height estimates was 16.4%. For Lorey’s height, an ANN model using PCs and waveform extent “Wext” outperformed other models (RMSE=3.4m, MAPE=12.3%). In order to estimate forest volume, two approaches was employed: First, estimating volume using volume-height relationship while height is GLAS estimated height; Second, estimation of forest volume directly from GLAS data by developing regressions between in situ volume and GLAS metrics. The result from first approach (116.3m3/ha) was slightly better than the result obtained by the second approach that is a PCs-based ANN model (119.9 m3/ha). But the ANN model performed better in very low (<10 m3/ha) and very high (> 800 m3/ha) volume stands. In total, the relative error of estimated forest volume was about 26%. Generally, MLR and ANN models had better performance when compared to the RF models. In addition, the accuracy of height estimations using waveform metrics was better than those based on PCs.Given the suitable results of GLAS height models (maximum and Lorey’s heights), production of wall to wall height maps from synergy of remote sensing (GLAS, PALSAR, SPOT5 and Landsat-TM) and environmental data (slope, aspect, classified elevation map and also geological map) was taken under consideration. Thus, MLR and RF regressions were built between all GLAS derived heights, inside of the study area, and indices extracted from mentioned remotely sensed and environmental data. The best resulted models for Hmax (RMSE=7.4m and R_a^2=0.52) and HLorey (RMSE=5.5m and R_a^2=0.59) were used to produce a wall to wall maximum canopy height and Lorey’ height maps. Comparison of Hmax extracted from the resulted Hmax map with true height values at the location of 32 in situ plots produced an RMSE and R2 of 5.3m and 0.71, respectively. Such a comparison for HLorey led to an RMSE and R2 of 4.3m and 0.50, respectively. Regression-kriging method was also used to produce canopy height map with considering spatial correlation between canopy heights. This approach, with the aim of improving the precision of canopy height map provided from non-spatial method, was unsuccessful which could be due to the heterogeneity of the study area in case of forest structure and topography.

I detta examensarbete kommer vi göra en kunskapssammanställning som kan geverksamma inom byggbranschen en god överblick av glas ur ett bärande perspektiv, där vi lyfter fram några av de forskningar som bedrivits i Sverige. Syftet är att undersökaforskningens utveckling kring glas som ett bärande element och få en djupare inblick i hur långt kommen forskningen är, samt varför glas inte används i lika stor utsträckning som andra bärande element. Arbetet kommer även undersöka vilka fördelar respektivenackdelar det finns med materialet som bärande element. Vi har valt att intervjua forskareinom området för att få en aktualiserad och tillförlitlig kännedom, samt kopplat denna tillrelevant forskning och litteratur. För att även få en inblick i vilken kunskap och åsikterverksamma personer och studenter inom byggbranschen har gällande användningen av glas som bärande element, har vi utfört en enkätstudie i samarbete med Glafo –Glasforskningsinstitutet. Denna enkätstudie har riktat sig till verksamma arkitekter,ingenjörer/konstruktörer och andra verksamma inom byggbranschen, samt studerandeingenjörer och arkitekter. Utifrån vår enkätstudie kunde vi konstatera att majoriteten inteanser sig ha en god kunskap kring glas som bärande element och att många även ärfrågande kring dess möjlighet att fungera som ett bärande element på grund av materialets egenskaper.Vi kunde även konstatera att forskningen kring glas som ett bärande konstruktionsmaterial går framåt då flertal forskningar gjorts inom området. Forskningen tittar framförallt på glasets infästning mot andra material, som i många fall kan vara problematiskt på grund av materialens olika egenskaper. Man tittar även på glasets bärande egenskaper då den utsätts för last. Ännu har man inte uppnått målet med att ta fram s.k. eurokoder för dimensionering av glasets bärande möjligheter. Detta gör det svår för glaset att slå igenom som ett bärande element, vilket innebär att man inte har samma möjlighet att använda glaset i den utsträckning som med andra material. Kostnaden att bygga med glas är också en aspekt som måste tas i beaktning, då det många gånger blir dyrare att välja glas istället för andra material. Detta på grund av saknandet av dimensioneringsklasser samt prefabricerade glaselement.Slutligen kan vi konstatera att glas som ett bärande element är på upptåg och väcker många nyfiknas intresse. Med materialet kan man skapa unika konstruktioner vilket kan ge ett arkitektoniskt upplyft. Glas som ett bärande element bör dock inte användas som ett primärt konstruktionsmaterial, utan i ett sekundärt avseende på grund av dess spröda brott. / The purpose of this degree project is to investigate the development of researches andstudies around the glass as a structural element. We want to gain a deeper insight into why glass as a structural element is not used as much as other structural elements, and what advantages and disadvantages there are with the material. To be able to do this we have been interviewing researchers with knowledge of glass in constructions and read different studies and literature. We choose to do a survey in cooperation with the Swedish Glass Research Institute – Glafo to achieve a good knowledge of what active workers and students in the construction industry thinks about glass as a structural element and what benefits they see with the construction alternative. According to the result of our survey the majority of the respondents do not believe they have enough knowledge about glass in structures and many of them questioned its ability to act as a supporting element because of the material's properties.We also note that research on bearing glass goes forward when several researches has been done in the field. The research is primarily looking at the glass attachment to othermaterials, which in many cases can be problematic because of the materials differentcharacteristics. It also conducts research to see how much load the glass can handle. They have not yet achieved the goal of producing so-called Eurocodes for the design of the glass-carrying possibilities. This makes it difficult for the glass to break through as acarrying construction material, which means that you do not have the same opportunity touse the glass in the extent as with other materials. To use glass in constructions is also an aspect that must be taken into seriously, when it often becomes more expensive to choose glass instead of other materials. This is because there are not sizing classes andprefabricated glass elements.In conclusion we can say that the glass as a load-bearing element is the antics and raises many of the curious interest. With the material we can create unique designs that can give an architectural lifted. Glass as a bearing material should not be used as a primary structural material, but in a secondary regard because of its brittle fracture.

<h1>Sammanfattning</h1><p>Detta examensarbete är baserat på ett uppdrag från AB Mälarplast, en plasttillverkare i Eskilstuna, med syftet att designa en serie med tre olika glastyper. Ett vin-, champagne- och grogglas skulle ges förslag på, som alla innehöll en gemensam nämnare som kopplade de alla glastyperna. Uppdragsgivaren hade redan före arbetet skapa kontakt med en kund som importerade en glasserie från Nya Zeeland. På grund av att den långa transportvägen innebär en hög kostnad försöker Mälarplast ta över den utländska leverantörens plats, och därigenom kunna erbjuda ett bättre pris. Examensarbetet är ett stöd för tillverkningen som kommer starta innan årets slut.</p><p>Arbetet kom att baseras på en bakgrundsundersökning av vinkultur, materiallära och produktionsteknik för att sedan genom olika verktyg och modeller komma fram till en konkurrenskraftig lösning för AB Mälarplasts situation. De nämnda verktygen behandlar följande områden: marknad, kvalitet och design för att nå fram till ett koncept som uppfyller kraven från uppdragsgivaren och lämpar sig bäst enligt egna observationer.</p><p>Materialalternativen och ekonomiska faktorer beskrivs i arbetet men behandlas inte djupgående eftersom de av AB Mälarplast redan fastsällts och därmed mer eller mindre lämnats låsta för mig. Dessutom var begränsningar nödvändiga och dessa delar fick stå utanför. Större fokus lades istället på det som uppdragsgivaren bad om hjälp med dvs. designen och basera detta på en vetenskaplig grund genom olika designrelaterade verktyg som lärts ut på Mälardalens högskola. Det har varit viktigt att inte lägga fram ogrundade förslag när man som designer kontra VD haft olika syn på vad som bör prioriteras: försäljning genom design eller högre intäkter genom ekonomistyrning.</p><p>Uppdragsgivaren granskade det slutgiltiga förslaget i form av en fysisk modell av typen vinglas, då denna är huvudprodukten. Därefter resulterade den slutliga designen i en CAD-fil.  Detta är grunden till framtida produktion av glasserien.</p><p> </p>

Det muntliga minnet om den gemensamma samiska historien finns skrivet i slöjdandet. Jag har i en materialundersökning undersökt de äkta slöjdmaterialens betydelse för den samiska slöjdtraditionens identitetsskapande egenskaper. Hur värderas uttryck för samiskt kulturarv utifrån olika kulturella erfarenheter av att vara same?

Jag har skapat ett verktyg för att kunna synliggöra mina egna tysta kunskaper. Under 120 timmar blåste jag en och samma form och sparade allt i en kronologisk ordning. Formen eller glaset blev ett verktyg genom vilket jag sedan kunde studera min kroppsliga inlärning utifrån. Jag ser mitt verk som en processberättande dagbok. Ett utsnitt av ett arbete ur vilket jag sedan kan betrakta min kroppsliga inlärning ur ett nytt perspektiv; genom glaset.

Understanding the mechanisms of fragmentation within silicate melts is of great interest not only for material science, but also for volcanology, particularly regarding molten fuel coolant-interactions (MFCIs). Therefore edge-on hammer impact experiments (HIEs) have been carried out in order to analyze the fracture dynamics in well defined targets by applying a Cranz-Schardin highspeed camera technique. This thesis presents the corresponding results and provides a thorough insight into the dynamics of fragmentation, particularly focussing on the processes of energy dissipation. In HIEs two main classes of cracks can be identified, characterized by completely different fracture mechanisms: Shock wave induced “damage cracks” and “normal cracks”, which are exclusively caused by shear-stresses. This dual fracture situation is taken into account by introducing a new concept, according to which the crack class-specific fracture energies are linearly correlated with the corresponding fracture areas. The respective proportionality constants - denoted “fracture surface energy densities” (FSEDs) - have been quantified for all studied targets under various constraints. By analyzing the corresponding high speed image sequences and introducing useful dynamic parameters it has been possible to specify and describe in detail the evolution of fractures and, moreover, to quantify the energy dissipation rates during the fragmentation. Additionally, comprehensive multivariate statistical analyses have been carried out which have revealed general dependencies of all relevant fracture parameters as well as characteristics of the resulting particles. As a result, an important principle of fracture dynamics has been found, referred to as the “local anisotropy effect”: According to this principle, the fracture dynamics in a material is significantly affected by the location of directed stresses. High local stress gradients cause a more stable crack propagation and consequently a reduction of the energy dissipation rates. As a final step, this thesis focusses on the volcanological conclusions which can be drawn on the basis of the presented HIE results. Therefore fragments stemming from HIEs have been compared with natural and experimental volcanic ash particles of basaltic Grimsvötn and rhyolitic Tepexitl melts. The results of these comparative particle analyses substantiate HIEs to be a very suitable method for reproducing the MFCI loading conditions in silicate melts and prove the FSED concept to be a model which is well transferable to volcanic fragmentation processes. / Forschungen mit dem Ziel die Abhängigkeiten und Mechanismen von Bruchprozessen in amorphen silikatischen Materialien exakt verstehen zu lernen, sind nicht nur in den Materialwissenschaften, sondern darüber hinaus auch in der Vulkanologie von größter Bedeutung, vor allem auch im Hinblick auf thermohydraulische Schmelze-Wasser-Wechselwirkungen (sog. "molten fuel coolant-interactions", MFCIs). Aus diesem Grund wurden Hammerschlagexperimente (HIEs) durchgeführt, um unter Verwendung einer Cranz-Schardin Funkenzeitlupe die Bruchdynamiken in exakt definierten Versuchsmaterialien zu analysieren. Die vorliegende Arbeit stellt die Ergebnisse dieser Versuchsreihen vor und beleuchtet detailliert die zeitlichen Abläufe während der Fragmentation, wobei sie ihr Hauptaugenmerk besonders auf die energetischen Dissipationsprozesse beim Rissfortschritt richtet. In den HIEs können zwei Hauptklassen von Rissen identifiziert werden, welche durch vollkommen unterschiedliche Rissmechanismen gekennzeichnet sind: Stoßwelleninduzierte "Schadensrisse" ("damage cracks") und "Normalrisse" ("normal cracks"), welche ihre Ursachen ausschließlich in Scherspannungen haben. Diesem parallelen Vorhandensein beider Rissklassen wurde mit einem neu entwickelten Konzept Rechnung getragen: Ihm zufolge sind die rissklassenspezifischen Bruchenergien direkt proportional zur jeweiligen Bruchfläche, wobei die entsprechenden Proportionalitätskonstanten als Bruchflächenenergiedichten ("fracture surface energy densities", FSEDs) bezeichnet werden. Ihre Werte wurden für alle untersuchten Targets unter verschiedenen, genau definierten Randbedingungen ermittelt. Die Auswertungen der Zeitlupenaufnahmen und die Einführung neuer bruchdynamischer Parameter ermöglichten nicht nur eine detaillierte Beschreibung der Rissentwicklung im Target, sondern darüber hinaus auch quantitative Aussagen zur Dynamik der Bruchenergiedissipationsraten. Mit Hilfe umfassender multivariater statistischer Analysen war es zudem möglich, die allgemeinen Abhängigkeiten aller relevanten Bruchparameter sowie die Einflüsse auf die kennzeichnenden Merkmale der bei der Fragmentation erzeugten Partikel herauszufinden. Auf diese Weise konnte ein wichtiges Prinzip der Bruchdynamik nachgewiesen werden, das in dieser Arbeit als "lokaler Anisotropieeffekt" (“local anisotropy effect”) bezeichnet wird. Diesem Prinzip zufolge wird die Bruchdynamik in einem Material signifikant durch die Lage von gerichteten Spannungen beeinflusst: Hohe örtliche Spannungsgradienten senkrecht zur Bewegungsrichtung des Risses bewirken eine stabilere Rissausbreitung und damit eine Verringerung der Energiedissipationsraten. In einem letzten Schritt beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Frage, welche vulkanologischen Schlussfolgerungen man aus den vorgestellten Versuchsergebnissen ziehen kann. Dazu wurden die erzeugten HIE-Fragmente mit natürlichen und experimentellen vulkanischen Aschen verglichen, welche von rhyolitischen Tepexitl- und basaltischen Grimsvötn-Schmelzen entstammten. Auf Grundlage dieser Partikelvergleiche konnte gezeigt werden, dass die Hammerschlagsversuche eine geeignete Methode darstellen, um genau jene Belastungsbedingungen zu reproduzieren, welchen Magmen während eines MFCI ausgesetzt sind. Zudem wurde damit der Nachweis erbracht, dass das in dieser Arbeit vorgestellte FSED-Konzept sich adäquat auf vulkanische Fragmentationsprozesse übertragen lässt.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die prinzipielle Eignung von porösen Vycor®-Gläsern als Feuchteregulierungsmaterial für den Einsatz im Baubereich erarbeitet. Im Speziellen wurden die Einflüsse der Herstellungsparameter auf die Glaseigenschaften entwickelt und optimiert. Die porösen Glasflakes wurden in angepasste Putzsysteme implementiert und praxisnahe Untersuchungen der Wirksamkeit durchgeführt. Unterstützt wurden die Ergebnisse durch auf Messwerten basierte Simulationen des Gebäudeklimas, welche auch die Auswirkungen bei verschiedenen klimatischen Bedingungen berücksichtigen. Der verwendete Prozess zur Herstellung der porösen Gläser basiert auf dem 1933 patentierten Vycor®-Verfahren [HOO34][HOO38]. Durch eine Temperaturbehandlung entmischt das homogene Natrium-Borosilicatglas in zwei perkolierende, interpenetrierende Phasen. Diese weisen deutlich unterschiedliche chemische Beständigkeiten auf. Durch Auflösen der instabileren Phase verbleibt ein poröses, fast reines Siliciumdioxidgefüge, dessen Struktur und Eigenschaften durch die Wahl der Prozessparameter eingestellt werden kann. Erstmals konnte gezeigt werden, dass poröse Vycor®-Gläser in der Lage sind, Wasser bei Raumtemperatur reversibel aufzunehmen, im Porensystem zu speichern und wieder abzugeben. Basierend auf dieser unerlässlichen Eigenschaft, konnten die Vycor®-Gläser durch eine Optimierung und ein besseres Verständnis der Herstellungsparameter hin zu einem Material mit wirklichen Feuchteregulierungseigenschaften qualifiziert werden. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit (Kapitel 4.1 und 4.2) wurde der Einfluss der strukturbestimmenden Parameter Glaszusammensetzung, Partikelgröße bzw. -form und Entmischungsbedingungen auf das Sorptionsverhalten von Wasser dargestellt. Um die Wasseraufnahme und -abgabe sowie das Zusammenspiel (Zyklisierbarkeit) bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten zu untersuchen, wurde in einem Klimaschrank ein realitätsnahes Feuchte- und Temperaturprofil generiert. Hiermit konnte die Zyklisierbarkeit der porösen Gläser in Abhängigkeit der Glaseigenschaften beobachtet werden. Ergänzt wurde die Charakterisierung durch Stickstoffsorptionsuntersuchungen und REM-Aufnahmen. Bei der Glaszusammensetzung wurde der Einfluss des Siliciumdioxid-Anteils und des Boroxid zu Natriumoxid Verhältnisses auf das finale poröse Glas betrachtet. Es zeigte sich, dass Gläser mit einem geringeren SiO2 Anteil zu Gläsern mit einer höheren Porosität, einer höheren spezifischen Oberfläche und als Folge daraus zu einer besseren Zyklisierbarkeit führen. Die praktische Einsatzfähigkeit wird allerdings von einer ungenügenden mechanischen Beständigkeit von Gläsern mit Siliciumdioxidgehalten unterhalb von 50 MA% begrenzt. Das B2O3/Na2O-Verhältnis wirkt sich vor allem auf den Grad des Entmischungsverlaufs und damit auf die sich bildende interpenetrierende Struktur aus. Erkennbar ist dies an der zum Boroxidanteil indirekt proportionalen Transformationstemperatur. Dies zeigt sich ebenfalls bei den Zyklisierungsversuchen, bei denen sich die Wasseraufnahme bzw. -abgabe bei gegebener Temperatur und unterschiedlichem B2O3/Na2O-Verhältnis deutlich unterscheidet. Anhand der entsprechenden Stickstoffsorptionsuntersuchungen konnte gezeigt werden, dass das Reaktionsvermögen eines porösen Glases auf einen Temperatur- und Feuchtezyklus, ein Zusammenspiel aus passendem Porendurchmesser und hoher spezifischer Oberfläche ist. Einen besonderen Aspekt der vorliegenden Arbeit stellt die Untersuchung von Glasflakes, flache Plättchen mit Dicken von einigen µm und Durchmessern von bis zu 1000 µm, dar. Diese können z. B. mittels eines Rotationsflakers hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die mit den Flakes versehenen Wandanstriche nicht nur bessere Verarbeitungseigenschaften aufweisen, sondern auch im Vergleich zu annähernd isotropen Partikeln signifikant verbesserte Sorptionseigenschaften besitzen. Die Ausbildung der Porengröße und damit der spezifischen Oberfläche verläuft hauptsächlich über den einstellbaren thermischen Entmischungsvorgang. Um die optimalen Parameter für die Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe zu finden, wurde in dieser Arbeit neben der Plateautemperatur auch die Entmischungsdauer variiert. Oberhalb von ca. 520 °C ist die charakteristische Phasenseparation energetisch begünstigt. Diese verstärkt sich mit steigender Temperatur, wodurch größere Entmischungsbezirke entstehen. Oberhalb von ca. 650 °C kommt es zum Zusammensintern der Glasflakes, sodass deren ursprüngliche Geometrie zerstört wird. Für Untersuchungen oberhalb dieser Temperaturen muss also das Rohglas entmischt und erst im nachfolgenden Prozess zu Pulver aufgemahlen werden. Glasflakes sind durch diesen Verarbeitungsprozess jedoch nicht mehr herstellbar. Ein entscheidendes neues Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die Porengröße innerhalb dieses Temperaturbereiches durch Anpassung der Entmischungstemperatur annähernd nanometer-genau eingestellt werden kann. Dies zeigt auch den großen Vorteil poröser Vycor®-Gläser im Vergleich zu anderen porösen Materialien. Für die Feuchteregulierung erwies sich ein Porendurchmesser von 3,8 nm, welcher durch eine Entmischungstemperatur von 533 °C generiert wird, als optimal. Die Dauer der Entmischung hat vor allem einen Einfluss auf den Fortschritt des Porenwachstums, nicht jedoch auf die Porengröße selbst. Nach ca. 30 Minuten kann das Entstehen der Poren erstmals eindeutig nachgewiesen werden. Der Entmischungsprozess ist nach ca. 24 Stunden abgeschlossen. Eine Verlängerung der Entmischungszeit hat keine weitere Veränderung der Porenstruktur zur Folge. In Kombination mit den Ergebnissen der Untersuchungen zum Einfluss des B2O3/Na2O-Verhältnisses konnte gezeigt werden, dass durch die Wahl der passenden Entmischungstemperatur die gewünschte Porengröße, in weiten Bereichen unabhängig vom B2O3/Na2O-Verhältnis, gezielt eingestellt werden kann. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Auslaugung hinsichtlich technischer Funktionalität und Umweltfreundlichkeit optimiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass neben Schwefelsäure auch Salzsäure zur vollständigen Auslaugung verwendet werden kann. Salzsäure kann im Gegensatz zu Schwefelsäure deutlich einfacher wieder aufgearbeitet werden (geringere Temperatur und Druck im Falle einer destillativen Aufarbeitung), was für die wirtschaftliche Anwendung von hoher Bedeutung ist. Weiterhin wurde die Konzentration der Säure verringert. Hierbei konnten bis zu einer Verdünnung auf 0,75 molare Salzsäure noch poröse Gläser mit vergleichbaren Zyklisierungswerten erhalten werden. Erst bei weiterer Verdünnung wurden die entmischten Glasflakes unvollständig ausgelaugt. Ein weiterer Einfluss der verwendeten Säureart oder der Konzentration auf die Porenstruktur bzw. die Porengröße konnte nicht gefunden werden. Wie in der Literatur beschrieben, wurde die Auslaugung der entmischten Gläser zunächst bei hohen Temperaturen oberhalb von 95 °C durchgeführt, sodass dieser Teilschritt viel Energie verbraucht [JAS01]. Um den Prozess ressourcenschonender aufzustellen, wurde im Kapitel 4.3 untersucht, welche Temperatur zwingend benötigt wird. Hierbei wurden die Temperatur und die Säurekonzentration variiert. Diese Parameter verändern den Anteil der Poren, jedoch nicht die Porengröße. Durch eine geringere Temperatur und geringere Säurekonzentrationen nimmt die Porosität ab. Eine Verlängerung der Auslaugedauer auf drei Stunden verbessert den Grad der Auslaugung erheblich. Da die Auslaugung bei 0,40 molarer Salzsäure nicht vollständig verläuft, wurde bei dieser Konzentration die Auslaugedauer nochmals einzeln betrachtet. Hierbei bestätigte sich, dass eine längere Auslaugung den Anteil der in der Entmischung eingestellten Poren vergrößert und auch die Zyklisierbarkeit (Massenhub) zunimmt. Die Werte von den mit 1,5 molarer Salzsäure ausgelaugten Gläsern können, trotz einer Dauer von bis zu acht Stunden, jedoch nicht erreicht werden. Eine alternative Möglichkeit um die Auslaugung ressourcenschonender zu gestalten, wurde mit dem neuen Ansatz die Synthese unter hydrothermischen Bedingungen durchzuführen, entwickelt. Hierbei wurden die entmischten Gläser entweder mit verdünnter Säure (0,75 mol/l HCl) oder mit Wasser in einem Autoklaven bei Temperaturen von 100 °C bis 200 °C, einem Reaktionsdruck von bis zu 30 bar und für bis zu 20 Stunden behandelt. Im Fall der Salzsäure verursachen alle drei Parameter eine Veränderung der Porenstruktur. In der Porengrößenbetrachtung mittels Stickstoffsorption erkennt man einen zweiten Peak bei größerem Durchmesser, wobei der ursprüngliche Peak abnimmt. Dies deutet auf ein Auflösen der ursprünglichen Porenwände hin. Die Zunahme des Porenvolumens und die Abnahme der spezifischen Oberfläche bestätigt diese Annahme. Da die resultierende Porenstruktur und die spezifische Oberfläche stark verändert werden, ist diese hydrothermale Methode zur Fertigung von Glasflakes für die Anwendung als Feuchtespeichermaterial nicht geeignet. Für andere Anwendungsfelder (siehe Seite 85) könnte diese Möglichkeit dennoch sehr interessant sein, da so leicht ein bimodales Porensystem hergestellt werden kann. Das Kapitel „Variation der Auslaugebedingungen“ wird mit Untersuchungen zur Wiederverwertbarkeit von Auslaugemedium und Borsäure abgeschlossen. Hierzu wird die gelöste Borsäure aus dem Auslaugemedium bei Raumtemperatur ausgefällt. Eine anschließende destillative Aufreinigung kann zu einem nahezu vollständigen Recycling, sowohl des Auslaugemediums als auch der Borsäure, führen. Neben dem Einfluss der Glasherstellung und der Herstellungsparameter auf die Wasserauf- und -abgabefähigkeit der porösen Gläser, wurden auch die Parameter der Klimaprofile (Raumtemperaturschwankungen, Änderung der Feuchtigkeit) genauer betrachtet. Die Sorption hängt stark von der Temperatur ab. Die Wasserabgabe wird durch eine höhere Temperatur (50 °C) erhöht und beschleunigt. Dieser Effekt zeigt sich auch bei der Zyklisierung. Der Massenhub beträgt bei 50 °C 12,1 MA%, bei 20 °C nur noch 3,3 MA% bei identischem Feuchte- und Zeitprofil. Die Kinetik der Wasseraufnahme und -abgabe wurde anhand von Klimaprofilen mit unterschiedlichen Änderungsraten untersucht. Hierbei fand die Feuchteänderung von 30 % auf 90 % innerhalb von einer Stunde, zwei Stunden und vier Stunden statt. Untersucht wurden die für den Einsatz als Feuchteregulierungsmaterial optimierten Glasflakes sowie Flakes mit größeren und kleineren Porendurchmessern. Bei allen Proben findet die Aufnahme deutlich schneller statt als die Desorption. Ein Grund hierfür ist der Flaschenhalsporeneffekt (siehe Seite 37). Des Weiteren ist bei den optimierten Glasflakes die Steigung der Massenänderung, unabhängig von der Feuchteänderungsrate, immer am größten. Diese Gläser sprechen also am direktesten auf Änderungen der Luftfeuchtigkeit an und es bestätigt sich, dass die Einstellung der richtigen Porengröße entscheidend ist. Dies konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit realisiert werden. Darüber hinaus ermöglichen die Ergebnisse der Experimente zur Sorptionskinetik einen umfassenderen Blick auf die Sorption und dabei insbesondere auf die Poreneigenschaften und auf die Sorptionsvorgeschichte. Ebenfalls wurde die Alterung der Sorptionsfähigkeit untersucht. Bei bis zu 20 Wiederholungszyklen konnte kein negativer Effekt beobachtet werden. Die Wasseraufnahme und -abgabe hat neben dem feuchtigkeitsregulierenden auch eine energetische Auswirkung auf den Energiehaushalt in einem Gebäude. Da bei jeder Sorption Energie verbraucht bzw. frei wird, kann ein wärmeregulierender Effekt auftreten. Um diesen Effekt genauer zu quantifizieren, wurde die Desorption von konditionierten Gläsern mittels Differenzkalorimetrie untersucht. Der Energiebetrag kann sowohl bei den Glasflakes als auch bei den mit Flakes versetzten Putzen detektiert werden und korreliert mit der gespeicherten Wassermenge. Auch wenn die Einzelenergiemenge pro Vorgang sehr gering ist, so summiert sich diese bei den vielen Vorgängen über das Jahr hinweg zu einem erheblichen Gesamtenergiebetrag (ca. 6 % des Energieverbrauchs in einem Wohnhaus), welcher eine interessante Ergänzung zur Feuchtigkeitsregulierung darstellen kann. Mit den für die Wasserauf- und -abgabe optimierten porösen Gläsern wurden Wandanstriche (Putze und Farben) hergestellt (siehe Seite 112) und diese auf ihre Eignung als Feuchteregulierungsmaterial untersucht. Im Vergleich mit den Standardputzen haben die Klimaputze mit dem Zusatz von Glasflakes aktuell noch geringere mechanische Kennwerte, insbesondere Druckfestigkeit und Dynamisches E-Modul. Dies ist vor allem auf das lockere Gefüge durch die Beimischung der Glasflakes zurückzuführen. Die Beimengung führt umgekehrt aber zu einer Steigerung der Porosität und der spezifischen Oberfläche. REM-Aufnahmen belegen dies. Durch Optimierung der Putzzusammensetzung gibt es jedoch eine gute Chance, die mechanischen Eigenschaften der Klimaputze noch zu verbessern. Um den Feuchteregulierungseffekt besser einschätzen zu können, wurde in Zyklisierungsversuchen der Vycor®-Putz mit kommerziellen Putzen mit und ohne zusätzliche Regulierungsfunktionalität und anderen Feuchteregulierungsmaterialien, wie Zeolithen und Holzfaserplatten, verglichen. Dabei zeigte der Putz mit den optimierten Glasflakes eine deutlich höhere Wasseraufnahmekapazität, ein direkteres Ansprechverhalten auf Feuchtigkeitsschwankungen und einen sehr viel höheren Massenhub. Erkennbar wird dies vor allem beim realitätsnahen Vergleich von zwei Wandstücken. Hierfür wurden Trägerplatten als Basis sowohl mit einem Standardputz als auch mit dem Vycor®-Klimaputz aufgebaut. Das Vycor®-Wandsystem konnte den Feuchtigkeitssprung im Klimaschrank von 72 % r. L. auf 40 % r. L. vollständig abpuffern. Der Massenhub betrug mit ca. 13 g Wasser pro m2 Wandfläche sogar das Dreifache der eigentlich zu bindenden Wassermenge. In Zusammenarbeit mit der Universität Bayreuth konnten die im Labor gewonnen Ergebnisse mittels Simulationsberechnungen untermauert werden. Mit dem Software-Tool WUFI (Wärme und Feuchte instationär) konnte sowohl eine Regulierung der jahreszeitlichen Feuchteschwankungen als auch ein positiver Effekt auf das Wohlbefinden der Bewohner gezeigt werden. Durch die Simulationen, deren Eingangswerte auf realen Messwerten basieren, konnte nachgewiesen werden, dass sowohl poröse Gläser als auch die mit porösen Glasflakes versetzen Baustoffe einen deutlich messbaren positiven Effekt auf das Raumklima haben. Der direkte Nachweis, also ein positiver Effekt des porösen Glases auf das Raumklima, wurde bisher nur in Simulationen modelliert und ist unter realen Versuchsbedingungen noch zu prüfen. Hierzu müsste ein Testraum aufgebaut und über längere Zeit vermessen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde an Hand der voran beschriebenen Ergebnisse das poröse Glassystem der Vycor®-Gläser hinsichtlich seiner kontrollierten Sorptionseigenschaften für eine Anwendung als Feuchteregulierungsmaterial entwickelt. Im Zuge dessen wurde ein besseres Verständnis für die Abläufe und Mechanismen der auftretenden spinodalen Entmischung erarbeitet. Weiterhin konnten die Zusammenhänge zwischen den Poreneigenschaften und der Sorption von Wasser tiefgehender verstanden werden, sodass wichtige Erkenntnisse gewonnen werden konnten, um poröses Vycor®-Glas als Modellsystem für Entmischung und Sorption weiter zu etablieren. / In the present work, the principles of the application of porous Vycor®-glass as a humidity regulation material for civil engineering applications were investigated. First, the influences of production process parameters on the glass properties were developed and optimized. Then, the adapted porous glass flakes were implemented in customized plaster systems. These plasters were characterized in application-oriented studies. The results were supported by simulations of the indoor climate, based on measured data. Within these simulations the impact of different climatic conditions were regarded. The production process of the porous glasses is based on the 1933 patented Vycor®-method [HOO34][HOO38]. The homogeneous alkali borosilicate glass separates into two percolating phases by a heat treatment, one phase is almost pure SiO2 glass, and the other an almost pure sodium borate glass. The two phases have a different chemical resistance towards acids and after dissolving the unstable sodium-borate phase, an almost pure silicon dioxide framework remains. The structure and the properties of this porous SiO2-structure depend significantly on the process parameters. In the first part of this thesis (Chapter 4.1 and 4.2), the influence of structural determining parameters (the glass composition, the particle size and particle shape and the conditions of the phase separation) on the water sorption properties were investigated. To determine the water absorption and release, as well as the interaction (cyclisation) at different relative humidities, a realistic humidity and temperature profile was generated in a climate chamber. Hereby, the cyclisation of the porous glasses could be correlated with the glass properties. These investigations were complemented by nitrogen sorption measurements and SEM investigations. To further consider the influence of the glass composition on the porous glass, the silica content and the ratio of boron oxide to sodium oxide were varied. It was found that a lower SiO2 content causes a higher porosity, a higher specific surface area and, hence, a better cyclisation behavior of the final product. But this effect is limited by the mechanical durability of the glass which is only stable up to 50 MA%. The ratio of B2O3/Na2O especially affects the degree of the phase separation at a given temperature. This can be already perceived by the transformation temperature, which decreases with increasing boron content in the glass. This was also confirmed by the water sorption experiments: The water uptake and release at a given temperature differs significantly with different B2O3/Na2O ratios in the initial glass. Regarding the corresponding nitrogen sorption measurements, it was shown that a high sorption capacity towards a temperature and humidity cycle is triggered by a combination of suitable pore diameter and high specific surface. A very important and also new aspect of this thesis is the investigation of glass flakes, with a thickness of a few μm and diameters of up to 1000 μm. These flitters can be produced by means of a rotary flaker. The wall paints made with these glass flakes show a better handling than with isotropic particles, additional these wall paints also have significantly improved sorption properties in comparison to similar glass powders with an isotropic particle size. The formation of the pores and hence the specific surface area of the porous SiO2-network is mainly determined by the adjustable thermal phase separation process. In order to find the optimum parameters to guarantee high water absorption and release capacity, the plateau temperatures as well as the time of this heat treatment were varied. Above 520 °C, the formation of the characteristic phase separation is entropically favored. With increasing temperature the kinetics of the demixing is accelerated and the size of the phase separated domains increase. Above approximately 650 °C the glass flakes sinter and thus their original geometry is destroyed. To investigate the influence of higher temperatures, the raw glass must be phase separated and grinded to powder in a subsequent process step. However, only spherical particles can be produced this way, but no particles in a flake shape. A new and also a key result of this work is, that the pore size, within the range of 2 to 35 nm, can be adjusted with a reproducibility less than one nanometer by adjusting the separation temperature precisely. This tunability is a great advantage of the porous Vycor®-glass in comparison to other porous materials. To regulate the humidity very effective, a pore diameter of 3.8 nm, which is generated by a phase separation temperature of 533 °C, was proved to be the best. The duration of the separation process has mainly an impact on the progress of the pore growth, but less on the pore size itself. After about 30 minutes phase separation time, the formation of pores can be detected. This process is completed after 24 hours. Any additional extension of the phase separation time has no further impact on the pore structure of the phase separated glass. In combination with the results of studies on the influence of the B2O3/Na2O ratio it was shown that any desired pore size can be adjusted in a wide range by selection of the phase separation temperature almost independent of the B2O3/Na2O ratio. In the second part of this work, the leaching step was optimized with regard to technical applicability and environmental friendliness. It was shown that the acid needed to dissolve the sodium borate glass could be changed from sulfuric acid to hydrochloric acid without any loss in function. Hydrochloric acid can be much better recycled, e. g. by a distillation process, than sulfuric acid. Furthermore, the concentration of the acid was reduced in comparison to the standard procedure. Above a dilution of 0.75 molar hydrochloric acid, comparable cyclisation properties could be obtained for the porous glasses. Only when the acid is further diluted, the separated glass flakes were leached out incomplete. In addition no effect on the pore structure and the pore size of the type of acid or the concentration was found. As described in the literature, the leaching of separated glasses is performed at high temperatures (usually more than 95 °C). Obviously, this process step consumes a lot of energy [JAS01]. In order to reduce the energy consumption, the leaching was examined as a function of the temperature in Chapter 4.3. Besides the temperature, also the concentrations of the acids investigated here were reduced to significant lower values. The variation of these parameters does not change the pore size, but the number of pores: Applying a lower temperature and lower acid concentration, the porosity decreases. An extension of the leaching time up to 3 hours improves the degree of leaching. Since the leaching with 0.40 molar HCl is far from complete, the influence of the time of leaching was investigated at this concentration. It can be confirmed that a longer leaching time increases the fraction of pores, generated in the phase separation, and subsequently the cyclisation properties of the final material were ameliorate. However, the values obtained from the porous glasses leached with 1.5 molar HCl cannot be achieved, even after 8 hours of leaching. An alternative route for a more resource-efficient leaching process can be the new concept of a leaching under hydrothermal conditions. In order to investigate this process, the glasses were separated and treated with a dilute acid (0.75 mol/l HCl), as well as with pure water in an autoclave at temperatures of 100 °C to 200 °C, a reaction pressure of up to 30 bar and for up to 20 hours. In the case of hydrochloric acid, all three parameters cause a change of the pore structure. In the pore size distribution as obtained from the nitrogen sorption measurements, a second peak occurs at larger diameters, while the height of the initial peak decreases. This indicates a considerable dissolution of the original pore walls. The increase of the pore volume and the decrease of the specific surface area confirm this assumption. Because of the extreme change of the resulting pore structure, this method is not suitable for the preparation of porous glass for the moisture regulation. Nevertheless, due to the bimodal pore system, porous glass obtained by a leaching under hydrothermal conditions can be of interest for other applications. Chapter 4.3 is completed with an examination of the recyclability of leaching medium and boric acid, the latter being the most precious medium in the process. For this purpose, the dissolved boric acid is precipitated from the leaching medium at room temperature. A subsequent purification by atmospheric distillation completes the recycling of the leaching medium as well as the boric acid. Besides the impact of the glass production process and the production parameters on the water uptake and release, the dynamics of the moisture uptake and releases under conditions relevant for building applications were investigated. The sorption is strongly influenced by the temperature. The release of water is similarly accelerated and increased by a higher operation temperature (50 °C). This effect can also be observed by an increased cyclisation. The difference between the mass maximum and the mass minimum with an identical humidity and time profile is 12.1 MA% at 50 °C and only 3.3 MA% at 20 °C. The kinetics of the water uptake and release was investigated in experiments, where the humidity changes (from 30 % to 90 %) were performed within 1 hour, 2 hours and 4 hours. For this study, glass flakes with optimized pore size (3.8 nm), as well as flakes with larger and smaller pores were investigated. All samples show a significantly faster water adsorption than desorption. One reason for this observation is the “bottleneck pore effect” (see page 37). Furthermore, the slope of the mass change of the optimized glass flakes is always larger irrespective of the moisture gradient. This confirms that the proper pore size is very decisive for the cyclisation dynamics and could be realized in this thesis. Moreover these results provide the possibility to a more comprehensive picture of the sorption, in particular not only as a function of the pore properties, but also on the sorption history. Besides the moisture-regulation, the sorption of water also causes an energetic effect in a living room. The adsorption consumes energy, while the desorption release energy and so an additional heat-regulating effect may occur. In order to quantify this effect, the desorption of conditioned glasses were examined with DSC. These experiments were performed for the pure glass flakes, as well as for the finery system containing these flakes. The results were correlated with the amount of water, which can be stored in the porous system. Although the amount of energy per single sorption step is very low, due to the large number of cyclisations during a year, the total amount of energy can be about 6 % of the energy consumption of a dwelling. So the energy effect is an interesting surplus to the moisture regulation of porous glasses, in particular since it is a “passive” effect. Using porous glasses optimized for the moisture regulation, wall coatings were prepared (see page 112). The whole system was investigated for its suitability as a moisture regulating material. Currently, the plasters with the glass flakes have still a lower mechanical performance in comparison with the standard plasters, especially the compressive strength and the dynamic Youngs-modulus (3268 N/mm² to 1099 N/mm2) are significantly decreased. This is mainly due to the loose structure, resulting from the addition of the glass flakes. On the other hand, this incorporation also leads to an increase in the porosity. Nevertheless, there is a good chance to improve the mechanical properties by optimizing the finery composition. To classify the moisture regulating performance of the Vycor®-finery, benchmark tests were performed where the materials was incorporated into commercial plasters (with and without regulatory functions), zeolite and fiberboard wall plates were selected. These very different materials were compared in cyclisation tests. Here the plaster with the optimized glass flakes show a significantly higher water adsorption capacity, a quicker response to humidity changes and much higher dynamics of water uptake and release in comparison to the other materials. This was verified practically by investigating two wall pieces constructed by using the Vycor®-glass containing concrete. Samples with classical finery and Vycor®-finery were applied on a support plate and exposed to a climate profile. Hereby the Vycor®-wall system was able to adsorb the water amount completely, originating mitted from a humidity change of 72 % r. h. to 40 % r. h. With about 13 g of absorbed water per m2 wall, the water regulation capacity of the wall system was even three times higher than necessary for a typical residential building. In cooperation with the University of Bayreuth, the obtained experimental results were supported by simulation experiments. The commercial tool WUFI (Wärme und Feuchte instationär) confirms a significant equilibration of seasonal humidity fluctuations, even for buildings in different climatic regions, for buildings where the walls were setup by plasters containing the porous glass. In addition, due to the more balanced humidity, there is also a positive effect on the wellbeing of the residents. The simulations, based on real measured data, demonstrated that not only the porous glass flakes itself, but also the finery with the porous glass additives have a significant effect on the indoor climate. This effect, a positive effect of the porous glass on the indoor climate has been modeled in simulations and must be examined in a real experimental setup e.g. by investigating a model room or building. In this work, the porous glass system obtained by thermal separation of the Vycor®-glasses was optimized with regard to its controlled sorption properties for the application as a moisture control material. In this course, a better understanding of the underlying processes and mechanisms of the spinodal separation was developed. In addition, the interaction between pore properties and the sorption of water could be understood more in detail, so that important findings could be gained in order to establish porous Vycor®-glass as a model system for phase separation and sorption.

<p><p>Examensarbetets mål har varit att formge en glasserie åt Skrufs Glasbruk där huvudanvändarna är personer med nedsatt handfunktion. Detta har skett i samarbete med hjälpmedelsföretaget GreppEtt.</p><p>Intervjuer, observationer och enkätundersökningar har legat till grund för arbetet. Som komplement har även research gjorts på olika diagnoser som kan ge nedsatt handfunktion. För att knyta detta till ett produktorienterat sammanhang har research även gjorts inom ergonomi.</p><p>Designprocessen har gått ut på att ta fram ett vin-, vatten- och ölglas. ITK (Identity Tool Kit) och funktionsanalys har satt ramar för projektarbetet.</p><p>Två förslag på glasserier togs fram och med modeller av dessa gjordes användartester på personer med nedsatt handfunktion. Efter analys av testerna utvecklades formerna ytterligare. Resultatet blev en serie bestående av vinglas, vattenglas och ölglas. Ölglaset kan även användas som vattenglas för personer som kräver ett större grepp.</p></p>