Acid induced step-growth polymerizations of bis(p-methoxybenzyl) carbonate (pMBC), bis(m-methoxybenzyl) carbonate (mMBC) and difurfuryl carbonate (DFC) have been performed to produce resin-foams, because controlled release of carbon dioxide takes place during polymerization of those organic carbonates. The monomers are polymerized in bulk using p-toluene sulfonic acid (pTS) as a catalyst. The volume development of the foams is assisted by use of an appropriate surfactant and the crosslinking agent 1,3,5-trioxane as co-components. A portion of carbon dioxide release is a function of the carbenium stability of the reactive intermediate derived from the monomer; DFC > pMBC ≫ mMBC. Resins derived from mMBC can be post-treated to release carbon dioxide after polymerization. The molecular structures of the resulting materials are investigated by solid state 13C-NMR spectroscopy and IR spectroscopy. Scanning electron microscopy was used to study foam morphology. The carbon dioxide release was monitored with TG-MS analysis. Finally, the polymer foams have been converted into carbon foams and investigated by means of mercury porosimetry. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Implementierung eines Algorithmus zur Berechnung des diffusiven elektronischen Transportes durch Kohlenstoffnanoröhrchen-Feldeffekttransistoren (CNTFETs) unter Verwendung des Drift-Diffusions-Modells. Als Grundlage dient ein bekannter, eindimensionaler Algorithmus für klassische Halbleiter, durch welchen das elektrostatische Potential im stationären Zustand berechnet werden kann. Dieser Algorithmus wird erweitert, um die geometrischen und physikalischen Besonderheiten von CNTFETs, insbesondere die Quasi-Eindimensionalität, zu berücksichtigen. Wichtige Kenngrößen des CNTFETs werden berechnet und deren Abhängigkeit von den Bauteilparametern wird untersucht.:1. Einleitung 2. Theoretische Betrachtungen 2.1. Kohlenstoffnanoröhrchen 2.1.1. Graphen als Baustein für CNTs 2.1.2. Eigenschaften von CNTs 2.2. Drift-Diffusions-Modell 2.2.1. Drift-Diffusions-Gleichungen 2.2.2. Kontinuitätsgleichungen 2.2.3. Poisson-Gleichung 3. Implementierung 3.1. Modell für klassische Halbleiter 3.1.1. Herleitung der dimensionslosen Bewegungsgleichungen 3.1.2. Umformung der Drift-Diffusions-Gleichungen 3.1.3. Iterative Lösung des Gleichungssystems 3.2. Anwendung des Modells auf Kohlenstoffnanoröhrchen 3.2.1. Betrachtetes Modell 3.2.2. Separationsansatz und Poisson-Gleichung 3.2.3. Anpassung der Drift-Diffusions-Gleichungen 3.2.4. Gate-Spannung 3.2.5. Intrinsische Ladungsträgerdichte und Ladungsträgerrandbedingungen 3.2.6. Dielektrizität 3.3. Numerik 3.3.1. Berechnung der Ladungsträgerdichten 3.3.2. Lösung der Poisson-Gleichung 3.3.3. Iterative Veränderung von Parameterwerten 3.3.4. Überprüfung der Konvergenz des Gitters 4. Auswertung 4.1. Literaturmodelle 4.2. Ergebnisse 4.2.1. Potentialverlauf 4.2.2. Potentialplateau 4.2.3. Abschirmlänge 4.2.4. Stromfluss 4.2.5. Rechenzeit 5. Zusammenfassung Anhang A. Herleitung der Drift-Diffusions-Gleichungen aus der Boltzmann-Transportgleichung B. Herleitung der eindimensionalen Poisson-Gleichung aus dem Separationsansatz

Bei der industriellen Herstellung von Halbleitern, wie Silizium und GaAs erfolgt die Züchtung ausnahmslos aus der Schmelze. Die dabei herrschenden Konvektionsverhältnisse in der Schmelze sind maßgeblich für die Verteilung von Dotierstoffen, Verunreinigungen und Defekten im Kristall verantwortlich. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der RMF- (Rotierendes Magnetfeld) induzierten Strömung auf das Segregationsverhalten, bei der Züchtung von Ga-dotierten Germaniumkristallen nach dem Vertical-Gradient-Freeze Verfahren, numerisch und experimentell untersucht. Durch den Einsatz eines RMF lassen sich Kristalle mit einer verbesserten axialen und radialen Homogenität der Ladungsträgerverteilung herstellen. Weiterhin wurden Untersuchungen zur Schmelzkonvektion und zum Kohlenstofftransport bei der Herstellung von Solarsilizium nach dem Edge-defined Film-fed Growth-Verfahren durchgeführt. Die Ergebnisse der 3d-Modellierung zeigen, dass der Marangonieffekt einen wesentlichen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse in der Schmelze und somit auf den Kohlenstofftransport hat.

In EFG-Silizium wird Kohlenstoff weit über der Gleichgewichtslöslichkeit im Gitter eingebaut. In dünnen Bereichen der EFG-Bänder wird dabei mehr gelöster Kohlenstoff inkooperiert. Im EFG-Material liegen 4 · 10^17At/cm^3 Kohlenstoff in ausgeschiedener Form vor. Dabei bildet sich zum Einen in einigen Zwillingskorngrenzen eine monoatomare Schicht SiC aus, zum Anderen bilden sich Präzipitate, die kleiner als 60nm sind und kaum Spannungen in der Siliziummatrix erzeugen. Es wird vermutet, dass es sich um atomare Agglomerate aus wenigen Atomen Kohlenstoff und interstitiellen Siliziumatomen handelt. Diese Präzipitate verschlechtern die elektrischen Eingeschaften im Ausgangsmaterial. Durch eine veränderte Spülgaszusammensetzung (Zugabe von CO oder CO_2) während der Züchtung bilden sich Präzipitate größer als 60nm im Volumen der EFG-Bänder. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad der gefertigten Solarzellen, verglichen mit den herkömmlichen EFG-Zellen.

Kohlenstoffgebundene Filterwerkstoffe erfreuen sich stetig wachsender Beliebtheit seitens der Industrie. Deren Potenzial hinsichtlich stofflicher und verfahrenstechnischer Eigenschaften erscheint dennoch nicht in vollem Umfang genutzt. Daher wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit, welche innerhalb des Sonderforschungsbereiches 920 entstand, erstmals aktive (Al2O3-C) und reaktive (MgO C) Filter, sowie eine Kombination daraus entwickelt. Die aktiven Filtersysteme, deren Funktionalisierung einerseits über die Erhöhung des amorphen Kohlenstoffanteils, andererseits über die Beschichtung mit rein oxidischen Materialien stattfand, sowie die reaktiven Filter, bei denen sich der carbothermischen Reduktion des MgO bedient wurde, konnten, in Kollaboration mit der Industrie, erfolgreich getestet werden. Durch gezielte Kontamination des Stahls mit exogenen Einschlüssen auf Basis von Al2O3 und MgAl2O4, ist es gelungen dem Chemismus der jeweiligen Filter einen entscheidenden Beitrag zum Filtrationsprozess zuweisen zu können. So weist Aluminiumoxid, unabhängig vom Chemismus des Einschlusses, das vergleichsweise größte Filtrationspotenzial auf.

Thermal shock resistance is a key property of refractory materials. Its determination and prediction is essential for the design of structural refractories as well as lining materials. Young’s modulus of elasticity (E) is a crucial parameter for the calculation of thermal shock resistance. For all investigated carbon-bonded alumina composition a significant increase of E was observed. This increase was attributed to a mismatch of the coefficient of thermal expansion of the composite constituents. Besides others, the graphite content as well as the maximum alumina particle size were identified as crucial factors influencing E(T). Furthermore, the influence of the porosity on E was shown and existing models were fitted to the experimental data for future predictions of E. Finally a metal melt filter structure was investigated to investigate the relationship between its strut Young’s modulus and the structures’ E at high temperatures. Further research should address the filter topic since it was uncertain how to find the normal modes of those structures.

Forest-cover in the tropics is changing rapidly due to indiscriminate removal of timber from many localities. The main focus of the study is to develop an operational tool for monitoring biomass and carbon pool of tropical forest ecosystems. The method was applied to a test site of Bangladesh. The research used Landsat ETM+, Landsat TM and IRS pan images of 2001, 1992 and 1999 respectively. Geometrically corrected Landsat ETM+ imagery was obtained from USGS and adjusted to the field using GPS. Historical images were corrected using image-to-image registration. Atmospheric correction was done by modified dark object subtraction method. Stratified sampling design based on the remote sensing image was applied for assessing the above-ground biomass and carbon content of the study area. Field sampling was done during 2002-2003. Dbh and height of all the trees inside the sample plots were measured. Field measurement was finally converted to carbon content using allometric relations. Three different methods: stratification, regression and k-nearest neighbors were tested for combining remote sensing image information and field-based terrestrial carbon pool. Additional field sampling was conducted during 2003-2004 for testing the accuracy. Finally regression method was selected. The amount of carbon released and sequestrated from the ecosystem was estimated. The application of the developed method would be quite useful for understating the terrestrial carbon dynamics and global climate change.

Eine Reihe wichtiger Wachstums- und Integrationsaspekte von Kohlenstoff-Nanoröhren wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Der Schwerpunkt der experimentellen Arbeit lag dabei hauptsächlich bei einschaligen Kohlenstoffnanoröhren (SWCNT). Das große Potential dieser Nanoröhren für Transistor-Anwendungen wurde durch die Herstellung einer Vielzahl funktionierender Bauelemente aus diesen Kohlenstoffnanoröhren mittels relativ einfacher Herstellungsprozesse demonstriert. Ein fundiertes Verständnis für die Abhängigkeiten des Nanoröhrenwachstums von einer Vielzahl an Parametern wurde mit Hilfe mehrerer tausend Wachstumsexperimente gesammelt. Verschiedene Katalysatormetalle, Kohlenstoffquellen und Katalysatorunterlagen wurden detailliert untersucht. Ein Hauptaugenmerk wurde dabei auf eine Reduzierung der Wachstumstemperatur gerichtet. Die niedrige Wachstumstemperatur spielt eine große Rolle für eine möglichst hohe Kompatibilität mit konventionellen Herstellungsverfahren der Silizium-Halbleitertechnik. Ein einfaches phänomenologisches Wachstumsmodell wurde für die Synthese von Nanoröhren mittels katalytisch-chemischer Gasphasen-Abscheidung (CCVD) formuliert. Dieses Modell basiert hauptsächlich auf der Oberflächendiffusion von adsorbierten Kohlenstoffverbindungen entlang der Seitenwände der Nanoröhren sowie auf der Oberfläche der Katalysatorunterlage. Das Modell ist eine wichtige Ergänzung zu dem VLS-Mechanismus. Ein Wachstumsverfahren zur Herstellung von Nanoröhren für niedrigere Temperaturen bis zu 600 °C wurde entwickelt. Experimentell wurde nachgewiesen, dass der Durchmesser des Katalysatorteilchens fast ausschließlich bestimmt, wie viele Schalen eine wachsende Nanoröhre bei geeigneten Wachstumsbedingungen hat. Es wurde zum ersten Mal gezeigt, dass einschalige Kohlenstoffnanoröhren auf Metallelektroden wachsen werden können, insofern eine dünne Aluminiumschicht als Trennschicht verwendet wird. Dadurch können in-situ kontaktierte Nanoröhren einfach hergestellt werden, was deren elektrische Charakterisierung weitaus erleichtert. Mittels stromloser Abscheidung von Nickel oder Palladium aus einer Lösung konnte eine deutliche Verbesserung der Kontaktwiderstände der in-situ-kontaktierten Nanoröhren erreicht werden. Durch Einbettung von Nanoröhren in eine Tantaloxidschicht konnten Transistoren mit einem Dielektrikum mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante hergestellt werden. Die Tantaloxidschicht wurde mit einem neu entwickelten Tauchprozess abgeschieden. Erstmalig wurden Transistoren basierend auf Kohlenstoffnanoröhren hergestellt, die relativ hohe Ströme (Milliampere) mit einer Modulation bis zu einem Faktor 500 schalten können. Diese Transistoren beruhen auf einer Parallelschaltung einer großen Anzahl an Nanoröhren. Mit Hilfe der hergestellten Transistoren konnten die Eigenschaften einer großen Zahl von Nanoröhren untersucht werden, wobei große Unterschiede in den elektronischen Eigenschaften von metallischen Nanoröhren, halbleitenden Nanoröhren und Nanoröhren mit einer kleinen Bandlücke beobachtet wurden. / A number of very important growth and integration aspects of carbon nanotubes have been investigated during the course of this thesis. The focus was mainly on single-walled carbon nanotubes. Their potential for transistor applications was demonstrated by the successful fabrication of a variety of devices using rather simple processes. A detailed understanding of the dependence of SWCNT growth on a variety of parameters was obtained as the result of several thousand growth experiments. Various catalyst materials, gaseous carbon sources, and catalyst supports have been investigated. Special attention was paid to a considerable reduction of the growth temperature. A simple phenomenological growth model could be derived for CCVD of SWCNTs taking into account a number of effects observed during the various growth experiments. The model presented is mainly based on the surface diffusion of carbon species along the sidewalls of the carbon nanotubes or on the catalyst support and is an addition to the vapor-liquid-solid (VLS) mechanism. Growth methods for the CCVD synthesis of SWCNTs were developed for temperatures as low as 600 °C. It has been found that the size of the catalyst particle alone determines whether a SWCNT, DWCNT, or MWCNT will nucleate from a specific particle under suitable growth conditions. It could be demonstrated for the first time that SWCNTs can be grown on a variety of conducting materials if the catalyst is separated from the electrode by a thin Al layer. In-situ contacted SWCNTs can be easily obtained that way, largely facilitating the electronic characterization of as-grown SWCNTs. A tremendous improvement of the contacts of in-situ contacted SWCNTs could be achieved by electroless deposition. SWCNT growth on appropriate electrodes allowed the encapsulation of the nanotubes by electroless deposition of Ni and Pd, yielding good and reliable contacts. SWCNT transistors with a high-k dielectric could be fabricated by encapsulation of the nanotube with a tantalum oxide layer. The tantalum oxide was deposited by a newly developed dip-coat process. High-current SWCNT transistors consisting of a large number of SWCNTs in parallel were demonstrated for the first time during this work. Finally, the properties of a large number of CCVD grown SWCNTs have been investigated by electronic transport measurement. Large differences in the electronic transport have been observed for metallic, small band gap semiconducting (SGS), and semiconducting SWCNTs with small diameters.

Vor dem Hintergrund der steigenden CO2-Konzentration in der Atmosphäre gewinnt die Rolle des Waldes als C-Speicher zunehmend an Bedeutung. Eine besonders wichtige Funktion kommt hierbei dem Boden zu, denn Böden speichern weltweit mehr C als Vegetation und boden zusammen (Brady and Weil, 2002). Im Sinne einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung werden in Sachsen derzeit großflächig die bestehenden Nadelforsten in naturnahe, strukturierte Laub- und Laubmischwälder umgewandelt. Ziel dieser Arbeit war es daher, baumarten- und bewirtschaftungsspezifische Effekte auf den Humus und die C-Speicherung im Waldboden aufzuzeigen. Die Untersuchungsflächen wurden entlang von Waldumbausequenzen gruppiert, welche die Entwicklung von konventionell bewirtschafteten Kiefern- und Fichten-Reinbeständen zu mehr oder weniger strukturierten Rotbuchen- und Rotbuchen-Traubeneichenbeständen über die Stufe der Voranbauten widerspiegeln. Die Untersuchungen wurden im Mittleren Erzgebirge und im Nordsächsischen Tiefland durchgeführt. Zusammenfassend zeigte die Untersuchung (i) einen um 24 % höheren C-Input über den Streufall unter Laubholz, (ii) eine höhere C-Freisetzung durch die C-Mineralisierung, welche im Laufe des Jahres im Of-Horizont unter Laubholz (BuEi) um 68 % höher war als unter Ki und (iii) eine höhere Akkumulation von C unter laubholzbestockten Beständen. Die Oh-Lagen unter den untersuchten Voranbauten und Laubholzbeständen enthielten entsprechend hohe Anteile von 61 % (Bu) und 40 % (BuEi) des in der organischen Auflage gespeicherten C und auch die oberen Mineralböden enthielten deutlich höhere C-Mengen unter LH als unter NH. Die Mechanismen, welche zur C-Sequestrierung in der Oh-Lage unter BuEi führen, konnten in der vorliegenden Arbeit detailliert durch die Humusdynamik in der organischen Auflage im verlauf eines Jahres erklärt werden. Im Gegensatz indizieren die Ergebnisse unter Ki einen verzögerten, aber vergleichbar intensiven Streuabbau im L-Horizont, gefolgt von einer Phase relativer Stagnation in der Of-Lage und einer wiederum aktiven Umsatzphase im vergleichsweise geringmächtigen Oh-Horizont. Die Menge bzw. der Anteil der langfristig gespeicherten organischen Substanz wird wesentlich durch die Streuqualität bestimmt, d.h. die Qualität der Streu steuert die bestandesspezifische Humusdynamik. Neben den standörtlichen und klimatischen Faktoren ist der Einfluss der Bewirtschaftung hingegen ein Faktor, welcher sich primär auf die Abbauaktivität und somit auf die Menge des akkumulierten C auswirken. Die für das Tiefland dokumentierten Effekte werden vermutlich auch im Erzgebirge wieder relevant sein, wenn die Kalkung an Wirkung verliert. Aus der vorliegenden Arbeit kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass im Vergleich zur Ki in der organischen Auflage unter LH (BuEi) größere Mengen C aktiv umgesetzt werden und in Folge dieser spezifischen Humusdynamik größere Mengen C in der Oh-Lage und im Mineralboden gespeichert werden können. / Against the background of the increased CO2 concentration of the atmosphere the role of the forest as C store gains interest. An especially important function comes up to soil as soils sequester more C than vegetation and atmosphere together on a global scale (Brady and Weil, 2002). In the sense of a sustainable forest management of Saxony the vast areas covering coniferous stands are currently converted to semi-natural and structured deciduous and mixed forests. It was thus, the aim of this study to show species- and management-specific effects on humus dynamics and to evaluate top soils as possible C sink. All study sites involved were arranged along sequences representing the development from pure and conventionally managed Scots pine or Norway spruce stands to more or less structured European beech or European beech/Common oak stands via advanced plantings. The study was performed in the Ore mountain region and lowland of Saxony. In sum, the study revealed (i) a by 24 % higher litter-derived C input in the deciduous stand, (ii) a higher release of C by potential C mineralisation, that was in mean of one year by 68 % significantly higher in the F layer under beech/oak than under pine, and (iii) a higher accumulation of C under deciduous stands. The H layer under the studied advanced plantings and deciduous stands contained higher portions of 61 % (beech) and 40 % (beech/oak) of the total C accumulated in the organic layer and also upper mineral soil held evidently higher C under deciduous than under the pine stand. The specific mechanisms of C storage in the H layer under the beech/oak stand were explained in detail by explaining humus dynamics in the different horizons throughout the year. In contrast, the results under pine indicate a retarded, but as intensive decomposition in the L layer, followed by a phase of relative stagnancy (F layer) and in turn again active turnover phase in the comparatively thin H layer. The amount and portion of the long-term sequestered organic matter is substantially affected by the quality of the litter, that is that litter quality rules the stand-specific humus dynamics. Besides the site- and climate-specific factors, forest management in contrast is a factor, that affects turnover activity and thus, the amount of C accumulated. The effects documented for the lowland will presumably be relevant in the Ore Mountain region once the lime looses its effect. It can be concluded that in comparison to pine in the organic layer under deciduous trees (i.e., beech/oak) a higher amount of C is actively turned over and subsequently of this specific humus dynamics a higher amount of C is sequestered in the H layer and in mineral soil.

This thesis addressed the development of new porous carbides and carbide-derived carbons; in particular materials based on silicon-, boron-, tungsten-, and titanium carbide. Therefore, different hard- and soft-templating approaches were applied and the materials were additionally functionalized with catalytic active components and shaped into nm- and mm-sized spherical particles.