Zu Beginn der Arbeit werden thermodynamische, strukturelle und statistische Grundlagen und Modelle wiedergegeben, die einerseits Entmischungssysteme und andererseits flüssige Ober- und Grenzflächen betreffen. Hieran schließt sich eine umfangreiche Darstellung der Meßmethode an, die die theoretischen Zusammenhänge für die Beschreibung der Formen flüssiger Grenzflächen sowie eine Darstellung aller experimentell möglichen Kraftmeßkurven und deren Auswertung beinhaltet. Weiterhin folgt die Darstellung der Dichte-, Dichtedifferenz-, und Grenzflächenspannungsmeßergebnisse separat für die Systeme Ga-Hg, Ga-Pb, Al-Pb und Al-In. Die Temperaturabhängigkeit und die Absolutwerte der Grenzflächenspannung werden mit den vorgestellten Modellen verglichen. Im Anschluß daran werden die Oberflächenspannungsmeßergebnisse für das System Ga-Pb vorgestellt, dies geschieht unter Bezugnahme auf Benetzungsphänomene, Adsorptionserscheinungen und Keimbildungsprozesse. In einem relativ selbständigen Kapitel am Ende der Arbeit werden experimentelle Ergebnisse zur Durchmischung und Entmischung wiedergegeben und mit theoretischen Ergebnissen zum diffusionsgesteuerten Durchmischungsprozeß verglichen.

Sewage exfiltration from a sanitary and combined sewer systems and its percolation into porous medium results in a clogged or colmation layer in the nearby soil. In order to develop a comprehensive understanding of raw sewage transport mechanisms in porous media, investigations were carried out on the micro-scale properties of the multiphase system. In our laboratory experiments, the role of surfactants as a major organic chemical compound in wastewater was evaluated by using a surfactant solution as an artificial wastewater percolating into a porous media, represented by using columns and Plexiglas model. We studied flows of water and surfactants solution in saturated porous medium to detect the dynamic effects by means of measuring pressure and permeability as well as by visualization of flow regions and consequence for porosity along interfaces between water and surfactants solution. The tests revealed that mechanisms at interfaces between fluids and solids as well as between water and surfactants solution (i.e. wastewater) are significantly influencing the flow behavior. At the interfaces surfactant molecules are adsorbed or accumulate, respectively, and subsequently inducing electrical charges to those layers, altering the properties of fluids and these interfaces. Depending on the conditions, channels might be narrowed and thus decreasing the flow rate with a later erosion and increase of flow rates, or the flow and thus the erosive capacity might become intensified along the interface between surfactants solution and neighbouring water. In conclusion, the results of tests proved the surfactants to be an important controlling factor in the hydraulic properties of wastewater percolating into soil.

In der vorliegenden Arbeit werden wissenschaftlich-technologische Untersuchungen zur wandabgelösten VGF-Züchtung von Germanium präsentiert. Dazu wurden zwei Varianten mit Hinblick auf die Etablierung und Stabilisierung bestimmter Druckverhältnisse angewendet: (i) Beim passiven dVGF-Verfahren erfolgt die Erzeugung der Druckdifferenz über die thermische Beeinflussung des Inertgases Ar, und (ii) beim erstmals gezeigten aktiven dVGF-Verfahren über eine temperaturkontrollierte, separate Zn-Dampfdruckquelle. Ge-Einkristalle mit einem Durchmesser bis zu 3 Zoll wurden nahezu vollständig ohne Tiegelkontakt gezüchtet. Der Effekt der Wandablösung wird anhand der mikroskopischen Charakterisierung der Kristalloberfläche, der Durchbiegung der Phasengrenze sowie der etch pit density (EPD), ein Maß für die Versetzungsdichte gezeigt. Im Vergleich zu konventionell gezüchteten VGF-Kristallen zeigen die detached gezüchteten Kristalle eine hohe strukturelle Qualität. Dies wird auf reduzierte thermische und thermo-mechanische Spannungen bei der wandabgelösten Züchtung zurückgeführt.

Zu Beginn der Arbeit werden thermodynamische, strukturelle und statistische Grundlagen und Modelle wiedergegeben, die einerseits Entmischungssysteme und andererseits flüssige Ober- und Grenzflächen betreffen. Hieran schließt sich eine umfangreiche Darstellung der Meßmethode an, die die theoretischen Zusammenhänge für die Beschreibung der Formen flüssiger Grenzflächen sowie eine Darstellung aller experimentell möglichen Kraftmeßkurven und deren Auswertung beinhaltet. Weiterhin folgt die Darstellung der Dichte-, Dichtedifferenz-, und Grenzflächenspannungsmeßergebnisse separat für die Systeme Ga-Hg, Ga-Pb, Al-Pb und Al-In. Die Temperaturabhängigkeit und die Absolutwerte der Grenzflächenspannung werden mit den vorgestellten Modellen verglichen. Im Anschluß daran werden die Oberflächenspannungsmeßergebnisse für das System Ga-Pb vorgestellt, dies geschieht unter Bezugnahme auf Benetzungsphänomene, Adsorptionserscheinungen und Keimbildungsprozesse. In einem relativ selbständigen Kapitel am Ende der Arbeit werden experimentelle Ergebnisse zur Durchmischung und Entmischung wiedergegeben und mit theoretischen Ergebnissen zum diffusionsgesteuerten Durchmischungsprozeß verglichen.

Sewage exfiltration from a sanitary and combined sewer systems and its percolation into porous medium results in a clogged or colmation layer in the nearby soil. In order to develop a comprehensive understanding of raw sewage transport mechanisms in porous media, investigations were carried out on the micro-scale properties of the multiphase system. In our laboratory experiments, the role of surfactants as a major organic chemical compound in wastewater was evaluated by using a surfactant solution as an artificial wastewater percolating into a porous media, represented by using columns and Plexiglas model. We studied flows of water and surfactants solution in saturated porous medium to detect the dynamic effects by means of measuring pressure and permeability as well as by visualization of flow regions and consequence for porosity along interfaces between water and surfactants solution. The tests revealed that mechanisms at interfaces between fluids and solids as well as between water and surfactants solution (i.e. wastewater) are significantly influencing the flow behavior. At the interfaces surfactant molecules are adsorbed or accumulate, respectively, and subsequently inducing electrical charges to those layers, altering the properties of fluids and these interfaces. Depending on the conditions, channels might be narrowed and thus decreasing the flow rate with a later erosion and increase of flow rates, or the flow and thus the erosive capacity might become intensified along the interface between surfactants solution and neighbouring water. In conclusion, the results of tests proved the surfactants to be an important controlling factor in the hydraulic properties of wastewater percolating into soil.

In der vorliegenden Arbeit werden wissenschaftlich-technologische Untersuchungen zur wandabgelösten VGF-Züchtung von Germanium präsentiert. Dazu wurden zwei Varianten mit Hinblick auf die Etablierung und Stabilisierung bestimmter Druckverhältnisse angewendet: (i) Beim passiven dVGF-Verfahren erfolgt die Erzeugung der Druckdifferenz über die thermische Beeinflussung des Inertgases Ar, und (ii) beim erstmals gezeigten aktiven dVGF-Verfahren über eine temperaturkontrollierte, separate Zn-Dampfdruckquelle. Ge-Einkristalle mit einem Durchmesser bis zu 3 Zoll wurden nahezu vollständig ohne Tiegelkontakt gezüchtet. Der Effekt der Wandablösung wird anhand der mikroskopischen Charakterisierung der Kristalloberfläche, der Durchbiegung der Phasengrenze sowie der etch pit density (EPD), ein Maß für die Versetzungsdichte gezeigt. Im Vergleich zu konventionell gezüchteten VGF-Kristallen zeigen die detached gezüchteten Kristalle eine hohe strukturelle Qualität. Dies wird auf reduzierte thermische und thermo-mechanische Spannungen bei der wandabgelösten Züchtung zurückgeführt.

We perform Monte-Carlo simulations of a binary, strongly separated mixture of A- and B-type homopolymers with some amount of random AB copolymers added. The interface is analyzed and the interface tension is calculated using the model of capillary waves. We can clearly demonstrate that random copolymers are localized at real, fluctuating interfaces between incompatible polymer species and micellization is not favored over adsorption. Our study proves that random copolymers are potential candidates for compatibilization of polymer-polymer mixtures. By simulating random copolymers in a one-component bulk and comparing their free energy to the copolymers adsorbed at the two-phase interface we show that the adsorption is thermodynamically stable. We use scaling arguments developed for ideal and non-fluctuating interfaces to rationalize the simulation results and we calculate the reduction of interface tension with increasing amount of the adsorbed copolymers.

The European legislation prohibits the use of lead containing solders in Europe. However, lead free solders have a higher melting point (typical 20%) and their mechanical characteristics are worse. Additional problems are aging and adhesion of the solder on the electronic circuits. Thus, research activities must focus on the optimization of the properties of Sn-Ag-Cu based lead free solders chosen by the industry. Two main objectives are treated in this work. In the center of the first one is the study of curious hysteresis effects of metallic cadmium-antimony alloys after thermal cycles by measuring electronic transport phenomena (thermoelectric power and electrical resistivity). The second objective, within the framework of “cotutelle” between the universities of Metz and of Chemnitz and supported by COST531, is to study more specifically lead free solders. A welding must well conduct electricity and well conduct and dissipate heat. In Metz, we determined the electrical conductivity, the thermoelectric power and the thermal conductivity of various lead free solders (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb) as well in the liquid as well in the solid state. The results have been compared to classical lead-tin (Pb-Sn) solders. In Chemnitz we measured the surface tension, the interfacial tension and the density of lead free solders. We also measured the viscosity of these solders without and with additives, in particular nickel. These properties were related to the industrial problems of wettability and spreadability. Lastly, we solidified alloys under various conditions. We observed undercooling. We developed a technique of mixture of nanocristalline powder with lead free solders "to sow" the liquid bath in order to obtain "different" solids which were examined using optical and electron microscopy. / Die europäische Gesetzgebung verbietet die Benutzung von Lötmitteln, die Blei enthalten. Bleilose Lote haben aber einen höheren Schmelzpunkt (typisch 20%) und ihre mechanischen Eigenschaften sind schlechter. Zusätzliche Probleme sind das Alterungsverhalten und das Haftvermögen des Lots an den Leiterbahnen. Daher müssen sich Forschungsaktivitäten auf die Optimierung der Eigenschaften von bleifreien Sn-Ag-Cu (SAC) Loten konzentrieren, die von der Industrie gewählt wurden. Zwei Hauptgebiete werden in dieser Arbeit bearbeitet. Im Zentrum des Ersten stehen seltsame Hysterese-Effekte von metallischen Kadmium- Antimon Legierungen bei thermischen Zyklen, wobei Transporteigenschaften wie die thermoelektrische Kraft und der elektrische Widerstand untersucht werden. Die zweite Aktivität, die in einer Kooperation der Universitäten Metz und Chemnitz (cotutelle) bearbeitet und die durch COST531 unterstützt wird, besteht in der detaillierten Erforschung des Lötprozesses ohne Blei. Eine Lötverbindung muß den Strom gut führen und die Wärme gut ableiten. In Metz haben wir die elektrische Leitfähigkeit, die thermoelektrische Kraft und das Wärmeleitvermögen bestimmt für verschiedene bleilose Lote (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb), sowohl im flüssigen als auch festen Zustand. Die Ergebnisse wurden mit dem klassischen bleihaltigen Lötzinn (Sn-Pb) verglichen. In Chemnitz haben wir die Oberflächen- und Grenzflächenspannung und die Dichte bleifreier Lote gemessen. Ebenfalls wurde die Viskosität dieser Lote ohne und mit Zusätzen (insbesondere Nickel) gemessen. Diese Eigenschaften wurden in Beziehung gesetzt zu den industriellen Problemen der Benetzbarkeit und des Fließverhaltens. Schließlich haben wir Legierungen unter verschiedenen Bedingungen verfestigt. Wir haben Unterkühlung beobachtet. Wir haben eine Technik entwickelt, basierend auf einer Mischung von Lot mit Pulver. Durch "Einsäen" von Nanokristallen in das flüssige Bad erhielten wir "verschiedene" Festkörper, die mit optischer und Elektronenmikroskopie untersucht wurden.

The European legislation prohibits the use of lead containing solders in Europe. However, lead free solders have a higher melting point (typical 20%) and their mechanical characteristics are worse. Additional problems are aging and adhesion of the solder on the electronic circuits. Thus, research activities must focus on the optimization of the properties of Sn-Ag-Cu based lead free solders chosen by the industry. Two main objectives are treated in this work. In the center of the first one is the study of curious hysteresis effects of metallic cadmium-antimony alloys after thermal cycles by measuring electronic transport phenomena (thermoelectric power and electrical resistivity). The second objective, within the framework of “cotutelle” between the universities of Metz and of Chemnitz and supported by COST531, is to study more specifically lead free solders. A welding must well conduct electricity and well conduct and dissipate heat. In Metz, we determined the electrical conductivity, the thermoelectric power and the thermal conductivity of various lead free solders (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb) as well in the liquid as well in the solid state. The results have been compared to classical lead-tin (Pb-Sn) solders. In Chemnitz we measured the surface tension, the interfacial tension and the density of lead free solders. We also measured the viscosity of these solders without and with additives, in particular nickel. These properties were related to the industrial problems of wettability and spreadability. Lastly, we solidified alloys under various conditions. We observed undercooling. We developed a technique of mixture of nanocristalline powder with lead free solders "to sow" the liquid bath in order to obtain "different" solids which were examined using optical and electron microscopy. / Die europäische Gesetzgebung verbietet die Benutzung von Lötmitteln, die Blei enthalten. Bleilose Lote haben aber einen höheren Schmelzpunkt (typisch 20%) und ihre mechanischen Eigenschaften sind schlechter. Zusätzliche Probleme sind das Alterungsverhalten und das Haftvermögen des Lots an den Leiterbahnen. Daher müssen sich Forschungsaktivitäten auf die Optimierung der Eigenschaften von bleifreien Sn-Ag-Cu (SAC) Loten konzentrieren, die von der Industrie gewählt wurden. Zwei Hauptgebiete werden in dieser Arbeit bearbeitet. Im Zentrum des Ersten stehen seltsame Hysterese-Effekte von metallischen Kadmium- Antimon Legierungen bei thermischen Zyklen, wobei Transporteigenschaften wie die thermoelektrische Kraft und der elektrische Widerstand untersucht werden. Die zweite Aktivität, die in einer Kooperation der Universitäten Metz und Chemnitz (cotutelle) bearbeitet und die durch COST531 unterstützt wird, besteht in der detaillierten Erforschung des Lötprozesses ohne Blei. Eine Lötverbindung muß den Strom gut führen und die Wärme gut ableiten. In Metz haben wir die elektrische Leitfähigkeit, die thermoelektrische Kraft und das Wärmeleitvermögen bestimmt für verschiedene bleilose Lote (Sn-Ag-Cu, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Sb), sowohl im flüssigen als auch festen Zustand. Die Ergebnisse wurden mit dem klassischen bleihaltigen Lötzinn (Sn-Pb) verglichen. In Chemnitz haben wir die Oberflächen- und Grenzflächenspannung und die Dichte bleifreier Lote gemessen. Ebenfalls wurde die Viskosität dieser Lote ohne und mit Zusätzen (insbesondere Nickel) gemessen. Diese Eigenschaften wurden in Beziehung gesetzt zu den industriellen Problemen der Benetzbarkeit und des Fließverhaltens. Schließlich haben wir Legierungen unter verschiedenen Bedingungen verfestigt. Wir haben Unterkühlung beobachtet. Wir haben eine Technik entwickelt, basierend auf einer Mischung von Lot mit Pulver. Durch "Einsäen" von Nanokristallen in das flüssige Bad erhielten wir "verschiedene" Festkörper, die mit optischer und Elektronenmikroskopie untersucht wurden.

The process of cell-sorting is essential for development and maintenance of tissues. With the Differential Adhesion Hypothesis, Steinberg proposed that cellsorting is determined by quantitative differences in cell-type-specific intercellular adhesion strengths. An implementation of the Differential Adhesion Hypothesis is the Differential Migration Model by Voss-Böhme and Deutsch. There, an effective adhesion parameter was derived analytically for systems with two cell types, which predicts the asymptotic sorting pattern. However, the existence and form of such a parameter for more than two cell types is unclear. Here, we generalize analytically the concept of an effective adhesion parameter to three and more cell types and demonstrate its existence numerically for three cell types based on in silico time-series data that is produced by a cellular-automaton implementation of the Differential Migration Model. Additionally, we classify the segregation behavior using statistical learning methods and show that the estimated effective adhesion parameter for three cell types matches our analytical prediction. Finally, we demonstrate that the effective adhesion parameter can resolve a recent dispute about the impact of interfacial adhesion, cortical tension and heterotypic repulsion on cell segregation. / Der Prozess der Zellsortierung ist für die Entwicklung und Erhaltung von Geweben unerlässlich. Mit der Differentiellen Adhäsionshypothese schlug Steinberg vor, dass die Zellsortierung durch quantitative Unterschiede in den zelltypspezifischen interzellulären Adhäsionsstärken bestimmt wird. Eine Umsetzung der Differentiellen Adhäsionshypothese ist das Differentielle Migrationsmodell von Voss-Böhme und Deutsch. In diesem wurde für Systeme mit zwei Zelltypen ein effektiver Adhäsionsparameter analytisch hergeleitet, der das asymptotische Sortiermuster vorhersagt. Die Existenz und Form eines solchen Parameters für mehr als zwei Zelltypen ist jedoch unklar. Hier verallgemeinern wir analytisch das Konzept eines effektiven Adhäsionsparameters für drei und mehr Zelltypen und zeigen numerisch seine Existenz für drei Zelltypen auf der Basis von in silico Zeitreihendaten, die von einem zellulären Automaten des Differentiellen Migrationsmodells erzeugt werden. Darüber hinaus klassifizieren wir das Segregationsverhalten mithilfe statistischer Lernverfahren und zeigen, dass der geschätzte effektive Adhäsionsparameter für drei Zelltypen mit unserer analytischen Vorhersage übereinstimmt. Schließlich zeigen wir, dass der effektive Adhäsionsparameter eine kürzlich aufgekommene Diskussion über den Einfluss von Grenzflächenadhäsion, Kortikalspannung und heterotypischer Abstoßung auf die Zellsegregation lösen kann.