A safe storage of radioactive waste in repositories is an important task to protect humans and the environment from radio- and chemotoxicity. Long-term safety assessments predict the behavior of potential environmental contaminants like the actinides plutonium, uranium, or neptunium, in the near and far field of repositories. For such safety assessments, it is necessary to know the migration behavior of the contaminants in the environment, which is mainly dependent on the aquatic speciation, the solubility product of relevant solid phases, and the retardation due to sorption on surrounding minerals. Thus, an investigation of sorption processes of contaminants onto different minerals as well as the derivation of mineral specific surface complexation model (SCM) parameters is of great importance. Feldspar and mica are widely distributed in nature. They occur as components of granite, which is considered as a potential host rock for a repository in Germany, and in numerous other rocks, and thus also in the far field of nearly all repositories. However, their sorption behavior with actinides has only been scarcely investigated until now. In order to better characterize these systems and subsequently to integrate these minerals into the long-term safety assessments, this work focuses on the investigation of the sorption behavior of U(VI), Np(V), and Nd(III) as analogue for An(III) onto the minerals orthoclase and muscovite, representing feldspars and mica, respectively. All investigations were performed under conditions relevant to the far field of a repository. In addition to the extensive characterization of the minerals, batch sorption experiments, spectroscopic investigations, and surface complexation modeling were performed to elucidate the uptake and speciation of actinides on the mineral surfaces. In addition, the influence of microorganisms naturally occurring on the mineral surfaces and the effect of Ca2+ on U(VI) uptake on the minerals was studied. The obtained sorption curves exhibit a similar characteristic for orthoclase and muscovite. As expected Nd(III) shows the highest amount of sorption followed by U(VI) and finally Np(V). With spectroscopic investigations of the aquatic U(VI) solution in presence of Ca2+, the Ca2UO2(CO3)3 complex could be identified. Furthermore, with spectroscopic methods the U(VI) surface species onto orthoclase could be characterized, of which a novel uranium-carbonate surface species was observed. Based on the results of batch experiments and spectroscopic methods new SCM parameters for the sorption of U(VI), Np(V), and Nd(III) onto orthoclase and for Np(V) and Nd(III) onto muscovite could be derived. SCM parameters for U(VI) sorption onto muscovite confirmed earlier investigations. The obtained SCM parameters increase the amount of data available for sorption processes onto feldspar and mica. With this the relevance of feldspars for the sorption of actinides and lanthanides could be shown. Thus, this work contributes to a better understanding of interactions of actinides and lanthanides, in particular U(VI), Np(V), and Nd(III), with mineral phases ubiquitous in the environment. This in turn adds confidence to long-term safety assessments essential for the protection of humans and the environment from the hazards of radioactive waste.

The North Atlantic Caledonides are a continent-continent collision type orogeny found in WesternScandinavia, Svalbard, Greenland and the British Isles. They are thought to have formed as a result of a complex history consisting of repeated ocean opening and closure. The tectonostratigraphy of the Scandinavian Caledonides consists of four allochthons that overlay the crystalline, autochthonous basement. The allochthons are thought to have been transported hundreds of kilometers eastward during the Scandian collision.To investigate the complex history of the Scandinavian Caledonides, a scientific drilling initiative called the Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides (COSC) project began in 2014. The first phase of the project was to drill a borehole to approximately 2500m depth, to sample a thick section of the Lower Seve Nappe of the Middle Allochthon, as well as the underlying thrust zone.The current hypothesis is that the Middle Seve Nappe has been juxtaposed with the Lower Seve Nappe while still in the subduction channel. Both Seve nappes were emplaced onto the underlying units somewhat later. To test this hypothesis, Rb-Sr dating and Ar-Ar dating has been conducted on white and dark mica found in samples taken from the shear zones. Rb-Sr dating yielded an age of 413 ± 12 Ma and Ar-Ar dating yielded an average age of 424.1± 2.9 Ma. Since the Rb-Sr and Ar-Ar ages overlap, it is interpreted that the crystallization age of the samples is recorded in both cases. Likely, the rocks cooled rather quickly, resulting in a negligible difference in Rb-Sr and Ar-Ar ages. Comparing these results to previous age dating work completed in the same area illustrate a complex subduction/exhumation history. At c. 455 Ma, the Middle and Lower Seve nappes were subducted beneath an island arc and peak pressure metamorphic conditions were reached. Shortly afterwards,exhumation of the subducted sheet began, as a result of the buoyancy of the subducted crust, as well as tectonic under pressure caused by wedge extraction. At c. 424 Ma, the Middle Seve was juxtaposed over the Lower Seve while still in the subduction channel, and at c. 424 - 421.2 Ma both the Middle and Lower Seve nappes were exhumed and transported eastward, where they were thrust above the underlying Särv Nappe and Lower Allochthon, creating the lower shear zone which is the focus of this study. Data from this study will help to establish a coherent model of mid-Palaeozoic mountain building, and provide insight on how this mountain chain, as well as its Himalaya-Tibet analogue have formed. / Den kaledoniska bergskedjan är en kontinent-kontinent kollison orogenes som återfinns i västra Skandinavien, Svalbard, Grönland och på de brittiska öarna. Bergskedjan har formats som ett resultat av en komplicerad historia av repeterad öppning och stängning av Iapetushavet. Skandinaviska kaledoniderna består av fyra allochthoner som täcker urberggrunden. Allochthonerna tros ha blivit transporterade hundratals kilometer i östlig riktning under den Skandiska kollisionen.För att kunna utreda den komplicerade historia som de skandinaviska Kaledoniderna har så har ett borrningsprojekt tagits fram under år 2014 med namnet “Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides” (COSC). Det första skedet i projektet var att borra ett 2500 meter djupt borrhål för att ta prover från den undre Seveskollan som belägen i den mellersta allochthonen, samt den underliggande överskjutningszonen.Hypotesen är att den mellersta Seveskollan har placerats intill den undre Seveskollan då de befann sig i en subduktionskanal. Både mellersta och undre Seveskollan har placerats uppepå den underliggande bergsenheten något senare. För att testa hypotesen har Rb-Sr och Ar-Ar datering utförts på prover med vitt glimmer som tagits från skjuvzonen. Kompositionskartor av vitt glimmer påvisar inga uppenbara tecken på zonation, vilket innebär att glimmerkornen nyligen bildats eller omkristalliserats under skjuvning. Rb-Sr dateringen gav en ålder på 413 ± 12 miljoner år och Ar-Ar dateringen gav en ålder på424.1 ± 2.9 miljoner år. Detta tolkas som åldern på de omkristalliserade glimmerkornen.Resultatet har jämförts med tidigare åldersdateringar i samma område och påvisar en komplicerad subduktionshistoria. För 460 miljoner år sedan subducerade mellersta och undre Seveskollan under en öbåge. För ungefär 440 miljoner år började upplyftandet av de subducerade skollorna som ett resultat av bärkraften av den subducerande jordskorpan, även av tektoniska rörelser orsakad av en kilutdragning. För 424 miljoner år sedan blev mellersta Seveskollan placerad ovanpå undre Seveskollan när de befann sig i subduktionskanalen. Slutligen, för cirka 415 miljoner år sedan blev både den mellersta och undre Seveskollan upplyfta och transporterade i östlig riktning där de skjuvade över den underliggande Särvskollan och den undre allochthonen.Data från denna studie kommer att bidra till skapandet av en följdriktig modell av den mitt-Paleozoiskabergskedjebildningen  och

A safe storage of radioactive waste in repositories is an important task to protect humans and the environment from radio- and chemotoxicity. Long-term safety assessments predict the behavior of potential environmental contaminants like the actinides plutonium, uranium, or neptunium, in the near and far field of repositories. For such safety assessments, it is necessary to know the migration behavior of the contaminants in the environment, which is mainly dependent on the aquatic speciation, the solubility product of relevant solid phases, and the retardation due to sorption on surrounding minerals. Thus, an investigation of sorption processes of contaminants onto different minerals as well as the derivation of mineral specific surface complexation model (SCM) parameters is of great importance. Feldspar and mica are widely distributed in nature. They occur as components of granite, which is considered as a potential host rock for a repository in Germany, and in numerous other rocks, and thus also in the far field of nearly all repositories. However, their sorption behavior with actinides has only been scarcely investigated until now. In order to better characterize these systems and subsequently to integrate these minerals into the long-term safety assessments, this work focuses on the investigation of the sorption behavior of U(VI), Np(V), and Nd(III) as analogue for An(III) onto the minerals orthoclase and muscovite, representing feldspars and mica, respectively. All investigations were performed under conditions relevant to the far field of a repository. In addition to the extensive characterization of the minerals, batch sorption experiments, spectroscopic investigations, and surface complexation modeling were performed to elucidate the uptake and speciation of actinides on the mineral surfaces. In addition, the influence of microorganisms naturally occurring on the mineral surfaces and the effect of Ca2+ on U(VI) uptake on the minerals was studied. The obtained sorption curves exhibit a similar characteristic for orthoclase and muscovite. As expected Nd(III) shows the highest amount of sorption followed by U(VI) and finally Np(V). With spectroscopic investigations of the aquatic U(VI) solution in presence of Ca2+, the Ca2UO2(CO3)3 complex could be identified. Furthermore, with spectroscopic methods the U(VI) surface species onto orthoclase could be characterized, of which a novel uranium-carbonate surface species was observed. Based on the results of batch experiments and spectroscopic methods new SCM parameters for the sorption of U(VI), Np(V), and Nd(III) onto orthoclase and for Np(V) and Nd(III) onto muscovite could be derived. SCM parameters for U(VI) sorption onto muscovite confirmed earlier investigations. The obtained SCM parameters increase the amount of data available for sorption processes onto feldspar and mica. With this the relevance of feldspars for the sorption of actinides and lanthanides could be shown. Thus, this work contributes to a better understanding of interactions of actinides and lanthanides, in particular U(VI), Np(V), and Nd(III), with mineral phases ubiquitous in the environment. This in turn adds confidence to long-term safety assessments essential for the protection of humans and the environment from the hazards of radioactive waste.

The increasing propagation of power electronics technologies and the related operational equipment such as inverter-fed drives and solid-state transformers in electrical grids lead to growing harmonic distortion of the voltage waveform. Harmonics modify the shape of a voltage waveform but also affect the peak voltage despite constant RMS voltage. Resulting from this, it was previously found that harmonics not only have an influence on the partial discharge patterns and characteristics but also the lifetime of model insulations. The epoxy-mica main wall insulation of rotating electrical machines is partial discharge-resistant to certain extent. Nonetheless, severe production faults should be detected by partial discharge measurements as they may lead to accelerated ageing. The purpose of this contribution is to investigate the impact of harmonics on the partial discharge characteristics of the insulation system of rotating electrical machines in general and especially on a test object with an artificial void fault. An assessment of the partial discharge pattern and apparent charge measurement is given by analyzing the characteristics to harmonic waveform parameters that incoporate peak alteration and shape modification. It is shown that the voltage shape and gradients play a subordinate role compared to the voltage peak altering effect of harmonics. The effects are more pronounced with the test object with an artificially introduced fault.

Wir haben blau, grün und orange leuchtende organische Nanofäden oder Nanonadeln und Mikroringe aus para-Hexaphenyl (p-6P), alpha-Quaterthiophen (alpha-4T) und alpha-Sexithiophen (alpha-6T) mittels Organischer Molekularstrahlepitaxie (OMBE) auf Muskovit Glimmer hergestellt. Die Aggregate haben wir mit der Atomkraftmikroskopie, mit der Fluoreszenz-Mikroskopie und durch UV-vis Spektroskopie charakterisiert. Auf der Muskovit Oberfläche wachsen p-6P Fäden parallel zueinander auf und zeigen zwei verschiedene Orientierungsdomänen entlang [110] und [1-10]. Mit Hilfe einer systematischen statistischen Analyse diskutieren wir das Wachstum dieser p-6P Nadeln für verschiedene Wachstumsbedingungen. Zusätzlich zu den Fäden haben wir p-6P Cluster auf der Oberfläche beobachtet. Nadeln werden durch die Aggregation solcher Cluster gebildet. Ein Realraummodell der Morphologie der Nadeln sowie ein Modell für deren Wachstum werden vorgestellt. Indem wir Glimmer zunächst mit einer dünnen Goldschicht bedecken und die Wachstumsparameter variieren, erreichen wir eine weitgehende Kontrolle der Morphologie der Nadeln (Länge von 0,5 Mikrometer bis 1 mm, Höhe von 25 bis 300 nm und Breite von 100 bis 600 nm). Im Gegensatz zu p-6P orientieren Thiophene ihre Wachstumsrichtungen an allen hoch symmetrischen Richtungen von Glimmer. Es wird gezeigt, dass die Mechanismen für das Fadenwachstum von beiden Oligomere gleich sind, nämlich eine Kombination aus Epitaxie und einer Dipol-unterstützten Ausrichtung. Auch die Strukturen dieser Fäden sind ähnlich: die Moleküle liegen parallel angeordnet auf der Oberfläche, ihre Längsachsen orientieren sich schräg zur Längsachse der Fäden. Auf mit Wasser oder Methanol vorbehandeltem Glimmer wachsen diese beiden Oligomere als gebogene Fäden und Mikroringe auf. Diese Oberflächenvorbehandlungen sowie das Wachstum von p-6P auf Gold/Glimmer unterstützen auch den Wachstumsmechanismus auf der sauberen Glimmer-Oberfläche. / By using organic molecular beam epitaxy (OMBE) blue, green and orange light emitting organic nanofibers or nanoneedles and microrings from para-hexaphenyl (p-6P), alpha-quaterthiophene (alpha-4T) and alpha-sexithiophene (alpha-6T), respectively, on muscovite mica surfaces are generated. The aggregates are characterized by atomic force microscopy, fluorescence microscopy and UV-vis spectroscopy. On muscovite mica, p-6P fibers usually grow mutually parallel showing two domains of their orientations with an angle of 120 degree in between. The detail growth of nanofibers from p-6P by performing a systematic statistical analysis of fibers as a function of various growth conditions is discussed. Furthermore, the morphology exhibits p-6P clusters, which are found to be fibers´ building blocks. A real space model of the fiber and a model for their growth are also presented. By introducing a thin gold layer on mica prior to p-6P deposition together with varying growth parameters, the morphology of fibers is controlled in a wide range (length from 0.5 micrometer to 1 mm, height from 25 to 300 nm and width from 100 to 600 nm). In contrast to p-6P, thiophene fibers exhibit various orientations close to mica high symmetry directions. It is shown that the mechanism behind the fiber growth from all molecules on mica is the same, i.e. a combination of epitaxy and dipole assisted growth process. The fiber microscopic structures are similar, too: molecules take lying orientations and they hold themselves parallel pointing their long axes along an oblique direction off the long fiber axis. The growth of both types of oligomers on water or methanol treated mica surfaces leads to the formation of bent fibers and microrings. This surface pretreatment and the growth of p-6P on gold/mica support the fiber growth mechanism on plain mica.

In der vorliegenden Arbeit werden die optischen Eigenschaften von dünnen PTCDA und TiOPc Schichten untersucht. Dies wurde mit der Kombination der Methoden der Molekularstrahlepitaxie (OMBE), der differentiellen Reflexionsspektroskopie (DRS) und Photolumineszenzmessungen möglich. Dabei steht der Übergang vom Einzelmolekül zum molekularen Festkörper im Mittelpunkt. Der realisierte optische Aufbau ermöglicht es, die optischen Eigenschaften von molekularen Sub- und Multilagen während der Schichtabscheidung im Ultrahochvakuum (UHV) zu bestimmen. Eine Strukturuntersuchung kann so unmittelbar darauf im UHV durchgeführt werden, ohne Umordnungsprozesse durch einen Probe-Luft-Kontakt zu riskieren. In dieser Arbeit wurden PTCDA-Schichten auf Muskovit-Glimmer(0001) und auf Au(100) untersucht. Auf Glimmer wird sehr gut ausgeprägtes Lagenwachstum gefunden, die Moleküle bilden auf dem schwach wechselwirkenden Substrat hochgeordnete epitaktische Filme. Dies ermöglichte für PTCDA, als quasi-eindimensionaler Molekülkristall, die optische Charakterisierung von Monomeren, Stapel-Dimeren und -Oligomeren während des Filmwachstums mittels DRS und Photolumineszenzmessungen. Die DRS-Messungen zeigen, daß die bekannten Festkörpereigenschaften schon bei Schichtdicken in der Größenordnung von 3-4 Gitterkonstanten ausgeprägt sind. Bis zu diesen Dicken sind die wesentlichen Änderungen in den optischen Eigenschaften zu beobachten. Ausgehend von Monomer-typischen Spektren entwickeln sich in dieser Dickenskale bereits alle Charakteristika der Festkörperspektren, wobei der Monomer-Dimerübergang die gravierendsten spektralen Änderungen hervorruft. Diese überraschende Tatsache war von den gängigen Theorien so nicht zu erwarten und ist Beleg für eine starke Wechselwirkung zwischen den dicht gepackten Molekülen. Steigen die Dimensionen des Films weiter, gibt es nur noch marginale Änderungen, die sich hauptsächlich in spektralen Verschiebungen äußern. Diese "finite-size" Effekte sind mit gängigen Theorien der Delokalisation der molekularen Anregung verträglich. Die Größe der Verschiebungen deutet jedoch darauf hin, daß gestalt- und dickenabhängige dielektrische Effekte gegenüber Delokalisierung und Confinement von Excitonen dominieren. Die veränderte Substratwechselwirkung auf der Au(100)-Oberfläche zeigt sich sowohl in verändertem Filmwachstum als auch abweichenden optischen Eigenschaften. Es wurde beobachtet, daß sich die Einflüsse durch die Substratbindung auf der Längenskala von nur einer Gitterkonstanten auswirken. Die PTCDA-Lagen, die auf dieser hybridisierten Grenzschichtlage wachsen, haben bereits die vom ungestörten System bekannten Eigenschaften. Da auf der Goldoberfläche mit zunehmender Schichtdicke das Inselwachstum (Stranski-Krastanov-Wachstum) überwiegt, verwischen die schichtabhängigen spektralen Änderungen zusehends. Für TiOPc auf Glimmer(0001) wurde bei Raumtemperatur amorphes Wachstum beobachtet, mit weniger gravierenden spektralen Änderungen. Jedoch sind auch in diesem System große dickenabhängige Verschiebungen in den Spektren festzustellen, die wie im Fall von PTCDA-Schichten hauptsächlich dielektrischen Effekten zugerechnet werden können. In TiOPc/PTCDA-Heteroschichten auf Glimmer konnte der Energietransfer vom PTCDA zum TiOPc auf molekularer Ebene, durch Löschung der PTCDA-Lumineszenz und anschließender sensibilisierter Emission des TiOPc, nachgewiesen werden. Dabei wurde bei sehr kleinen TiOPc-Schichtdicken die Emission von TiOPc-Monomeren beobachtet. Zusätzlich wurde eine dem Anion TiOPc- zuzurechnende Emission, als Indiz einer Ladungstrennung auf molekularer Ebene festgestellt. Bei größeren TiOPc-Schichtdicken tritt Exciplexemission auf, als Beleg für die starke Molekül-Molekül-Wechselwirkung an der Grenzfläche. Bei dickeren Schichten wird mit zunehmender Aggregation der TiOPc-Moleküle, die Lumineszenzausbeute durch Öffnung einer Reihe von nichtstrahlenden Rekombinationsmöglichkeiten, wie auch bei PTCDA beobachtet, geringer.

In der vorliegenden Arbeit werden die optischen Eigenschaften von dünnen PTCDA und TiOPc Schichten untersucht. Dies wurde mit der Kombination der Methoden der Molekularstrahlepitaxie (OMBE), der differentiellen Reflexionsspektroskopie (DRS) und Photolumineszenzmessungen möglich. Dabei steht der Übergang vom Einzelmolekül zum molekularen Festkörper im Mittelpunkt. Der realisierte optische Aufbau ermöglicht es, die optischen Eigenschaften von molekularen Sub- und Multilagen während der Schichtabscheidung im Ultrahochvakuum (UHV) zu bestimmen. Eine Strukturuntersuchung kann so unmittelbar darauf im UHV durchgeführt werden, ohne Umordnungsprozesse durch einen Probe-Luft-Kontakt zu riskieren. In dieser Arbeit wurden PTCDA-Schichten auf Muskovit-Glimmer(0001) und auf Au(100) untersucht. Auf Glimmer wird sehr gut ausgeprägtes Lagenwachstum gefunden, die Moleküle bilden auf dem schwach wechselwirkenden Substrat hochgeordnete epitaktische Filme. Dies ermöglichte für PTCDA, als quasi-eindimensionaler Molekülkristall, die optische Charakterisierung von Monomeren, Stapel-Dimeren und -Oligomeren während des Filmwachstums mittels DRS und Photolumineszenzmessungen. Die DRS-Messungen zeigen, daß die bekannten Festkörpereigenschaften schon bei Schichtdicken in der Größenordnung von 3-4 Gitterkonstanten ausgeprägt sind. Bis zu diesen Dicken sind die wesentlichen Änderungen in den optischen Eigenschaften zu beobachten. Ausgehend von Monomer-typischen Spektren entwickeln sich in dieser Dickenskale bereits alle Charakteristika der Festkörperspektren, wobei der Monomer-Dimerübergang die gravierendsten spektralen Änderungen hervorruft. Diese überraschende Tatsache war von den gängigen Theorien so nicht zu erwarten und ist Beleg für eine starke Wechselwirkung zwischen den dicht gepackten Molekülen. Steigen die Dimensionen des Films weiter, gibt es nur noch marginale Änderungen, die sich hauptsächlich in spektralen Verschiebungen äußern. Diese "finite-size" Effekte sind mit gängigen Theorien der Delokalisation der molekularen Anregung verträglich. Die Größe der Verschiebungen deutet jedoch darauf hin, daß gestalt- und dickenabhängige dielektrische Effekte gegenüber Delokalisierung und Confinement von Excitonen dominieren. Die veränderte Substratwechselwirkung auf der Au(100)-Oberfläche zeigt sich sowohl in verändertem Filmwachstum als auch abweichenden optischen Eigenschaften. Es wurde beobachtet, daß sich die Einflüsse durch die Substratbindung auf der Längenskala von nur einer Gitterkonstanten auswirken. Die PTCDA-Lagen, die auf dieser hybridisierten Grenzschichtlage wachsen, haben bereits die vom ungestörten System bekannten Eigenschaften. Da auf der Goldoberfläche mit zunehmender Schichtdicke das Inselwachstum (Stranski-Krastanov-Wachstum) überwiegt, verwischen die schichtabhängigen spektralen Änderungen zusehends. Für TiOPc auf Glimmer(0001) wurde bei Raumtemperatur amorphes Wachstum beobachtet, mit weniger gravierenden spektralen Änderungen. Jedoch sind auch in diesem System große dickenabhängige Verschiebungen in den Spektren festzustellen, die wie im Fall von PTCDA-Schichten hauptsächlich dielektrischen Effekten zugerechnet werden können. In TiOPc/PTCDA-Heteroschichten auf Glimmer konnte der Energietransfer vom PTCDA zum TiOPc auf molekularer Ebene, durch Löschung der PTCDA-Lumineszenz und anschließender sensibilisierter Emission des TiOPc, nachgewiesen werden. Dabei wurde bei sehr kleinen TiOPc-Schichtdicken die Emission von TiOPc-Monomeren beobachtet. Zusätzlich wurde eine dem Anion TiOPc- zuzurechnende Emission, als Indiz einer Ladungstrennung auf molekularer Ebene festgestellt. Bei größeren TiOPc-Schichtdicken tritt Exciplexemission auf, als Beleg für die starke Molekül-Molekül-Wechselwirkung an der Grenzfläche. Bei dickeren Schichten wird mit zunehmender Aggregation der TiOPc-Moleküle, die Lumineszenzausbeute durch Öffnung einer Reihe von nichtstrahlenden Rekombinationsmöglichkeiten, wie auch bei PTCDA beobachtet, geringer.

We have measured the optical properties of films of the organic semiconductors PTCDA (3,4:9,10-perylene-tetracarboxylic dianhydride) and HBC (peri-hexabenzocoronene), prepared by Organic Molecular Beam Expitaxy (OMBE), on different substrates by means of Differential Reflectance Spectroscopy (DRS). The optical setup enables us to directly follow the thickness dependent optical properties of the organic films, starting from submonolayer coverage up to thicker films on the order of 20 monolayers (ML) film thickness. Due to the different optical nature of the different substrates used, i.e., mica, glass, Au(111), and HOPG, the direct interpretation of the DRS signal is not feasible. Therefore, we have proposed a method by which the calculation of the optical constants n (index of refraction) and k (absorption index) of thin films on arbitrary substrates from just one spectral measurement (in our case the DRS) becomes possible. The results fulfill a priori a Kramers-Kronig consistency and no specific model is needed to express the spectral behavior of the optical constants. Based on our method, we have successfully calculated the optical constants, and therefore the absorption behavior, of films of different thickness of PTCDA on mica, glass, Au(111), and HOPG, as well as of HBC on mica, glass, and HOPG. Extrinsic effects due to island growth or the presence of a polarizable substrate (screening) have been accounted for. We have introduced a finite dipole model which considers the extended geometry and anisotropy of the organic molecules. The calculated absorption behavior is discussed in great detail in terms of spectral changes with varying film thickness, different growth modes, degree of ordering of the films, interactions with the substrates and oscillator strength. A direct observation of a monomer-dimer transition in solid films could be observed for the first time. Our results indicate an exciton delocalization over about 4 molecules for both molecules.

We have measured the optical properties of films of the organic semiconductors PTCDA (3,4:9,10-perylene-tetracarboxylic dianhydride) and HBC (peri-hexabenzocoronene), prepared by Organic Molecular Beam Expitaxy (OMBE), on different substrates by means of Differential Reflectance Spectroscopy (DRS). The optical setup enables us to directly follow the thickness dependent optical properties of the organic films, starting from submonolayer coverage up to thicker films on the order of 20 monolayers (ML) film thickness. Due to the different optical nature of the different substrates used, i.e., mica, glass, Au(111), and HOPG, the direct interpretation of the DRS signal is not feasible. Therefore, we have proposed a method by which the calculation of the optical constants n (index of refraction) and k (absorption index) of thin films on arbitrary substrates from just one spectral measurement (in our case the DRS) becomes possible. The results fulfill a priori a Kramers-Kronig consistency and no specific model is needed to express the spectral behavior of the optical constants. Based on our method, we have successfully calculated the optical constants, and therefore the absorption behavior, of films of different thickness of PTCDA on mica, glass, Au(111), and HOPG, as well as of HBC on mica, glass, and HOPG. Extrinsic effects due to island growth or the presence of a polarizable substrate (screening) have been accounted for. We have introduced a finite dipole model which considers the extended geometry and anisotropy of the organic molecules. The calculated absorption behavior is discussed in great detail in terms of spectral changes with varying film thickness, different growth modes, degree of ordering of the films, interactions with the substrates and oscillator strength. A direct observation of a monomer-dimer transition in solid films could be observed for the first time. Our results indicate an exciton delocalization over about 4 molecules for both molecules.

The underlying research that resulted in this doctoral dissertation was performed at the Division of Economic Geology and Petrology of the Department of Mineralogy, TU Bergakademie Freiberg between 2011 and 2014. It was the primary aim of this thesis to develop and test novel applications for the technology of ‘Automated Mineralogy’ in the field of economic geology and geometallurgy. A “Mineral Liberation Analyser” (MLA) instrument of FEI Company was used to conduct most analytical studies. This automated system is an image analysis system based on scanning electron microscopy (SEM) image acquisition and energy dispersive X-ray spectrometry which can be used to determine both quantitative mineralogical data and mineral processing-relevant parameters. The analyses can be conducted with unconsolidated and solid rocks but also with ores and products of the mineral processing and recycling industry. In consequence of a first-time broadly-based and comprehensive literature review of more than 1,700 publications related to all types of automated SEM-based image analysis systems several trends in the publication chronicle were observed. Publications related to mineral processing lead the field of automated mineralogy-related publications. However, this is with a somewhat smaller proportion than expected and with a significant decrease in share between around 2000 and 2014. The latter is caused by a gradual but continuous introduction of new areas of application for automated mineralogical analysis such as the petroleum industry, petrology or environmental sciences. Furthermore, the quantity of automated mineralogy systems over time was carefully assessed. It is shown that the market developed from many individual developments in the 1970s and 1980s, often conducted from research institutes, e.g., CSIRO and JKMRC, or universities, to a duopoly - Intellection Pty Ltd and JKTech MLA - in the 1990s and 2000s and finally to a monopoly by FEI Company since 2009. However, the number of FEI’s competitors, such as Zeiss, TESCAN, Oxford Instruments, and Robertson CGG, and their competing systems are increasing since 2011. Particular focus of this study, published in three research articles in peer-reviewed international journals, was the development of suitable methodological approaches to deploy MLA to new materials and in new contexts. Data generated are then compared with data obtained by established analytical techniques to enable critical assessment and validation of the methods developed. These include both quantitative mineralogical analysis as well as methods of particle characterisation. The first scientific paper “Use of Mineral Liberation Analysis (MLA) in the Characterization of Lithium-Bearing Micas” deals with the field of mineral processing and describes the characterisation of lithium-bearing zinnwaldite mica - as potential natural resource for lithium - by MLA as well as the achievement of mineralogical association data for zinnwaldite and associated minerals. Two different approaches were studied to comminute the samples for this work, conventional comminution by crusher as well as high-voltage pulse selective fragmentation. By this study it is shown that the MLA can provide mineral data of high quality from silicate mineral resources and results very comparable to established analytical methods. Furthermore, MLA yields additional relevant information - such as particle and grain sizes as well as liberation and grade-recovery data. This combination of quantitative data cannot be attained with any other single analytical method. The second article “Characterisation of graphite by automated mineral liberation analysis” is also located in the field of mineral processing. This research article is the first published contribution on the characterisation of graphite, an important industrial mineral, by MLA respectively an automated mineralogy-related analytical method. During this study graphite feeds and concentrates were analysed. By this study it is shown that it is possible to gather statistically relevant data of graphite samples by MLA. Furthermore, the MLA results are validated by quantitative X-ray powder diffraction as well as particle size determinations by laser diffraction and sieve analysis. The third research paper “Nature and distribution of PGE mineralisation in gabbroic rocks of the Lusatian Block, Saxony, Germany” deals with the scientific field of geoscience. In this study it is shown that it is possible to obtain a significant body of novel mineralogical information by applying MLA analysis in a region previously regarded as being well-studied. The complex nature and relatively large distribution of the occurring platinum group minerals (PGM) is well illustrated by this contribution. During previous light microscopic studies and infrequent electron microprobe measurements only a handful isolated PGM grains were identified and characterised. In this investigation, using the samples of previous studies, 7 groups of PGM and 6 groups of associated tellurides as well as in total more than 1,300 mineral grains of both mineral groups were identified. Based on the data obtained, important insight regarding mineral associations, mineral paragenesis and the potential genesis of the PGM is obtained. Within this context, the value of MLA studies for petrological research focused on trace minerals is documented. MLA yields results that are both comprehensive and unbiased, thus permitting novel insight into the distribution and characteristics of trace minerals. This, in turn, is immensely useful when developing new concepts on the genesis of trace minerals, but may also give rise to the development of a novel generation of exploration tools, i.e., mineralogical vectors towards exploration akin to currently used geochemical vectors. The present dissertation shows that automated mineralogy by using a Mineral Liberation Analyser is able to deliver a unique combination of quantitative data on mineralogy and several physical attributes that are relevant for ore geology and mineral processing alike. It is in particular the automation and unbiasedness of data, as well as the availability of textural data, size and shape information for particles and mineral grains, as well as mineral association and mineral liberation data that define major advantages of MLA analyses - compared to other analytical methods. Despite the fact that results are obtained only on 2-D polished surfaces, quantitative results obtained compare well/very well to results obtained by other analytical methods. This is attributed mainly due to the fact that a very large and statistically sound number of mineral grains/particles are analysed. Similar advantages are documented when using the MLA as an efficient tool to search for and characterise trace minerals of petrological or economic significance. / Die Forschung die der vorliegenden kumulativen Dissertation (‚Publikationsdissertation‘) zugrunde liegt wurde im Zeitraum 2011-2014 am Lehrstuhl für Lagerstättenlehre und Petrologie des Institutes für Mineralogie der TU Bergakademie Freiberg durchgeführt. Das primäre Ziel dieser Arbeit war es neue Einsatzmöglichkeiten für die Technik der Automatisierten Mineralogie im Gebiet der Lagerstättenkunde und Geometallurgie zu entwickeln und zu testen. Im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Studien stand die analytische Nutzung des Großgerätes „Mineral Liberation Analyser“ (MLA) der Firma FEI Company. Dieses automatisierte System ist ein Bildanalysesystem und basiert auf der Erfassung von Rasterelektronenmikroskopiebildern und energiedispersiver Röntgen-spektroskopie. Mit Hilfe der MLA-Analysetechnik lassen sich sowohl statistisch gesichert quantitative mineralogisch relevante als auch Aufbereitungsprozess-relevante Parameter ermitteln. Die Analysen können sowohl an Locker- und Festgesteinen als auch an Erzen und Produkten der Aufbereitungs- und Recyclingindustrie durchgeführt werden. Infolge einer erstmaligen, breit angelegten und umfassenden Literaturrecherche von mehr als 1.700 Publikationen im Zusammenhang mit allen Arten von automatisierten REM-basierten Bildanalysesystemen konnten verschiedene Trends in der Publikations¬historie beobachtet werden. Publikationen mit Bezug auf die Aufbereitung mineralischer Rohstoffe führen das Gebiet der Automatisierte Mineralogie-bezogenen Publikationen an. Der Anteil der Aufbereitungs-bezogenen Publikationen an der Gesamtheit der relevanten Publikationen ist jedoch geringer als erwartet und zeigt eine signifikante Abnahme des prozentualen Anteils zwischen den Jahren 2000 und 2014. Letzteres wird durch eine kontinuierliche Einführung neuer Anwendungsbereiche für die automatisierte mineralogische Analyse, wie zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie, der Petrologie sowie den Umweltwissenschaften verursacht. Weiterhin wurde die Anzahl der Systeme der Automatisierten Mineralogie über die Zeit sorgfältig bewertet. Es wird gezeigt, dass sich der Markt von vielen einzelnen Entwicklungen in den 1970er und 1980er Jahren, die oft von Forschungsinstituten, wie z. B. CSIRO und JKMRC, oder Universitäten ausgeführt wurden, zu einem Duopol - Intellection Pty Ltd und JKTech MLA - in den 1990er und 2000er Jahren und schließlich seit 2009 zu einem Monopol der FEI Company entwickelte. Allerdings steigt die Anzahl der FEI-Konkurrenten, wie Zeiss, TESCAN, Oxford Instruments und Robertson CGG, und deren Konkurrenzsysteme seit 2011. Ein Schwerpunkt der drei von Experten begutachteten und in internationalen Fachzeitschriften publizierten Artikel dieser Studie war die Entwicklung eines geeigneten methodischen Ansatzes um die MLA-Technik für neue Materialien und in neuem Kontext zu verwenden. Die erzeugten Daten wurden mit Daten die von etablierten analytischen Techniken gewonnen wurden verglichen, um eine kritische Bewertung und Validierung der entwickelten Methoden zu ermöglichen. Dazu gehören sowohl quantitative mineralogische Analysen als auch Methoden der Partikelcharakterisierung. Der Schwerpunkt der Studie zum ersten Fachartikel „Use of Mineral Liberation Analysis (MLA) in the Characterization of Lithium-Bearing Micas“ liegt im Gebiet der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe. Er beschreibt die Charakterisierung von Zinnwaldit-Glimmer - einem potentiellen Lithium-Rohstoff - durch die MLA-Technik sowie das Erringen von Mineralverwachsungsdaten für Zinnwaldit und assoziierter Minerale. Dabei wurden zwei unterschiedliche Wege der Probenzerkleinerung des Rohstoffes untersucht. Zum einen erfolgte eine konventionelle Zerkleinerung der Proben mittels Brecher und Mühle, zum anderen eine selektive Zerkleinerung durch Hoch¬spannungsimpulse. Es konnte aufgezeigt werden, dass die automatisierte Rasterelektronen¬mikroskopie-basierte Bildanalyse mittels MLA von silikatischen Rohstoffen Mineral¬informationen von hoher Güte zur Verfügung stellen kann und die Ergebnisse gut vergleichbar mit etablierten analytischen Methoden sind. Zusätzlich liefert die MLA weitere wertvolle Informationen wie zum Beispiel Partikel-/Mineralkorngrößen, Aussagen zum Mineralfreisetzungsgrad sowie Gehalt-Ausbring-Kurven des Wertstoffes. Diese Kombination von quantitativen Daten kann mit keiner anderen analytischen Einzelmethode erreicht werden. Der zweite Fachartikel „Characterisation of graphite by automated mineral liberation analysis“ ist ebenfalls im Fachgebiet der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe angesiedelt. Während dieser Studie wurden Edukte und Produkte der Aufbereitung von Graphit-Erzen untersucht. Der vorliegende Artikel ist der erste in einer internationalen Fachzeitschrift publizierte Beitrag zur Charakterisierung des Industrieminerals Graphit mittels MLA-Technik bzw. einer Analysenmethode der Automatisierten Mineralogie. Mit der Studie konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, auch mit der MLA statistisch relevante Daten von Graphitproben zu erfassen. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse der MLA-Analysen durch quantitative Röntgenpulverdiffraktometrie sowie Partikelgrößen-bestimmungen durch Laserbeugung und Siebanalyse validiert. Der dritte Fachartikel „Nature and distribution of PGE mineralisation in gabbroic rocks of the Lusatian Block, Saxony, Germany“ ist im Gegensatz zu den ersten beiden Artikeln im Gebiet der Geowissenschaften angesiedelt. In dieser Studie wird gezeigt, dass es möglich ist mittels MLA-Analyse eine signifikante Anzahl neuer Daten von einem eigentlich schon gut untersuchten Arbeitsgebiet zu gewinnen. So konnte erst mit der MLA die komplexe Natur und relativ große Verbreitung der auftretenden Platingruppenelement-führenden Minerale (PGM) geklärt werden. Während früherer lichtmikroskopischer Analysen und einzelner Elektronenstrahlmikrosonden-Messungen konnten nur eine Handvoll weniger, isolierter PGM-Körner nachgewiesen und halbquantitativ charakterisiert werden. In der vorliegenden Studie konnten nun, an den von früheren Studien übernommenen Proben, 7 PGM-Gruppen und 6 assoziierte Telluridmineral-Gruppen mit insgesamt mehr als 1.300 Mineralkörnern beider Mineralgruppen nachgewiesen werden. Auf der Grundlage der gewonnenen Daten wurden wichtige Erkenntnisse in Bezug auf Mineralassoziationen, Mineralparagenese und zur möglichen Genese der PGM erreicht. In diesem Zusammenhang wurde der Wert der MLA-Studien für petrologische Forschung mit dem Fokus auf Spurenminerale dokumentiert. Die MLA liefert Ergebnisse, die sowohl umfassend und unvoreingenommen sind, wodurch neue Einblicke in die Verteilung und Charakteristika der Spurenminerale erlaubt werden. Dies wiederum ist ungemein nützlich für die Entwicklung neuer Konzepte zur Genese von Spurenmineralen, kann aber auch zur Entwicklung einer neuen Generation von Explorationswerkzeugen führen, wie zum Beispiel mineralogische Vektoren zur Rohstofferkundung ähnlich wie derzeit verwendete geochemische Vektoren. Mit der vorliegenden Dissertationsschrift wird aufgezeigt, dass Automatisierte Mineralogie mittels Mineral Liberation Analyser eine einzigartige Kombination an quantitativen Daten zur Mineralogie und verschiedene physikalische Attribute, relevant sowohl für die Lagerstättenforschung als auch für die Aufbereitung mineralischer Rohstoffe, liefern kann. Im Vergleich zu anderen etablierten analytischen Methoden sind es insbesondere die Automatisierung und Unvoreingenommenheit der Daten sowie die Verfügbarkeit von Gefügedaten, Größen- und Forminformationen für Partikel und Mineralkörner, Daten zu Mineralassoziationen und Mineralfreisetzungen welche die großen Vorteile der MLA-Analysen definieren. Trotz der Tatsache, dass die Ergebnisse nur von polierten 2-D Oberflächen erhalten werden, lassen sich die quantitativen Ergebnisse gut/sehr gut mit Ergebnissen anderer Analysemethoden vergleichen. Dies kann vor allem der Tatsache zugeschrieben werden, dass eine sehr große und statistisch solide Anzahl von Mineralkörnern/Partikeln analysiert wird. Ähnliche Vorteile sind bei der Verwendung der MLA als effizientes Werkzeug für die Suche und Charakterisierung von Spurenmineralen von petrologischer oder wirtschaftlicher Bedeutung dokumentiert.