Silicon was selectively removed from a silicon carbonitride (SiCN) aerogel by hot chlorine gas treatment, leading to a N-doped carbon aerogel (N-CDC aerogel). The combined effects of pyrolysis and etching temperature were studied with regard to the change in the composition of the material after etching as well as the microstructure of the produced hierarchically porous material. Upon removal of Si from amorphous SiCN, carbon and nitrogen, which are not bonded together in the starting material, react, creating new C–N bonds. The removal of silicon also gives rise to a high amount of micropores and hence a high specific surface area, which can be beneficial for the functionality of the carbonaceous material produced. The mesoporous structure of the aerogel allows us to complete the etching at low temperature, which was found to be a crucial parameter to maintain a high amount of nitrogen in the material. The combination of a high amount of micropores and the mesopore transport system is beneficial for adsorption processes due to the combination of a high amount of adsorption sites and effective transport properties of the material. The N-CDC aerogels were characterized by nitrogen physisorption, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), thermogravimetry (TG/DTA), and infrared spectroscopy (DRIFT) and they were evaluated as CO2 absorbers and as electrodes for electric double-layer capacitors (EDLCs).

Background: In addition to conventional chemotherapeutics, nucleic acid-based therapeutics like antisense oligodeoxynucleotides (AS-ODN) represent a novel approach for the treatment of bladder cancer (BCa). An efcient delivery of AS-ODN to the urothelium and then into cancer cells might be achieved by the local application of multiwalled carbon nanotubes (MWCNT). In the present study, pristine MWCNT and MWCNT functionalized with hydrophilic moieties were synthesized and then investigated regarding their physicochemical characteristics, dispersibility, biocompatibility, cellular uptake and mucoadhesive properties. Finally, their binding capacity for AS-ODN via hybridization to carrier strand oligodeoxynucleotides (CS-ODN), which were either non-covalently adsorbed or covalently bound to the diferent MWCNT types, was evaluated. Results: Pristine MWCNT were successfully functionalized with hydrophilic moieties (MWCNT-OH, -COOH, -NH2, -SH), which led to an improved dispersibility and an enhanced dispersion stability. A viability assay revealed that MWCNTOH, MWCNT-NH2 and MWCNT-SH were most biocompatible. All MWCNT were internalized by BCa cells, whereupon the highest uptake was observed for MWCNT-OH with 40% of the cells showing an engulfment. Furthermore, all types of MWCNT could adhere to the urothelium of explanted mouse bladders, but the amount of the covered urothelial area was with 2–7% rather low. As indicated by fuorescence measurements, it was possible to attach CS-ODN by adsorption and covalent binding to functionalized MWCNT. Adsorption of CS-ODN to pristine MWCNT, MWCNT-COOH and MWCNT-NH2 as well as covalent coupling to MWCNT-NH2 and MWCNT-SH resulted in the best binding capacity and stability. Subsequently, therapeutic AS-ODN could be hybridized to and reversibly released from the CS-ODN coupled via both strategies to the functionalized MWCNT. The release of AS-ODN at experimental conditions (80 °C, bufer) was most efective from CS-ODN adsorbed to MWCNT-OH and MWCNT-NH2 as well as from CS-ODN covalently attached to MWCNT-COOH, MWCNT-NH2 and MWCNT-SH. Furthermore, we could exemplarily demonstrate that AS-ODN could be released following hybridization to CS-ODN adsorbed to MWCNT-OH at physiological settings (37 °C, urine). Conclusions: In conclusion, functionalized MWCNT might be used as nanotransporters in antisense therapy for the local treatment of BCa.

Kohlenstoffnanoröhren (engl. carbon nanotubes, CNT)-Polymer-Komposite haben ein großes Potential im Bereich sensorischer Anwendungen. Dabei spielen die elektrischen Eigenschaften des Komposits und deren Änderungen unter mechanischer Belastung eine entscheidende Rolle. Einen maßgeblichen Einfluss nimmt dabei das Aspektverhältnis der CNT-Agglomerate sowie der CNTs selbst ein, welches jeweils vom CNT-Desagglomerationsprozess bestimmt wird. Die Dispergierung beeinflusst folglich auch die elektrische Leitfähigkeit und Reproduzierbarkeit des Komposits sowohl im mechanisch unbelasteten als auch belasteten Zustand. Dies wurde anhand von (teil-)analytischen Modellen gezeigt. Die Dispersionsqualität wird dabei von vielen Faktoren beeinflusst, wobei die Prozessparameter beim Ultraschalldispergieren derzeit nach der Trial-and-Error-Methode bestimmt werden. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Dispergiergleichung für zylindrische Partikel, die CNTs näherungsweise sind, erstmals für die Dispergierung von CNTs in Lösungsmitteln entwickelt, angewendet sowie verifiziert. Die Gültigkeit der Gleichung für CNTs wurde durch Variation der Ultraschallparameter Zeit sowie Energie und deren Einfluss auf den Dispergiergrad gezeigt. Die mittels UV-VIS-Spektroskopie gemessene Extinktion diente dabei als indirekte Messgröße des Dispergiergrads. Nach Vorversuchen zur geeigneten Materialauswahl wurden alle relevanten Einflussparameter berechnet oder experimentell bestimmt. Die experimentelle Verifikation erfolgte an CNT-N-Methyl-2-pyrrolidon-Dispersionen, die mittels Ultraschallsonotrode kontrolliert dispergiert wurden. Im Ergebnis wurde gezeigt, dass die Bestimmung der optimalen Ultraschallparameter möglich ist und die bis dahin übliche Praxis der experimentellen Bestimmung der Dispergierparameter für CNTs ablösen kann. Mithin wurde die Grundlage für die Herstellung elektrisch reproduzierbarer CNT-Polymer-Komposit-basierter Sensoren gelegt. Darüber hinaus wurde das Anwendungspotential dieses Sensorkonzepts für Einzelsensoren zur punktuellen Druckmessung über eine Druckverteilungsmessung als Sensormatrix bis hin zur Anwendung als Einlegesohle im Schuh zur Überwachung des Drucks gezeigt. / Carbon nanotubes (CNT) polymer composites in the field of sensory applications have considerable potential. However, their electrical properties and their changes under mechanical stress play a decisive role. The deagglomeration process of the CNTs also has a great influence on the aspect ratio of the CNT agglomerates as well as the CNTs themselves and thus the electrical conductivity and reproducibility of the composite in both the mechanically unloaded and loaded state.This is shown by means of (partially) analytical models. The dispersion quality is influenced by many factors. The process parameters during ultrasound dispersion are currently being determined by a trial-and-error method. Within the scope of the work, a dispersing equation for cylindrical particles, which are approximate to CNTs, was first developed, applied and verified for the dispersion of CNTs in solvents. The validity of the equation for CNTs was shown by the variation of the ultrasonic parameters time as well as energy and their influence on the degree of dispersion. The absorbance measured by means of UV-VIS spectroscopy serves as an indirect measure of the degree of dispersion. After pre-testing for suitable material selection, all relevant influencing parameters were calculated or determined experimentally. Experimental verification was carried out on CNT-N-methyl-2-pyrrolidone dispersions, which were dispersed in a controlled manner by means of an ultrasonic sonotrode. As a result, it is illustrated that the determination of the optimal ultrasonic parameters is possible and can replace the conventional practice of the experimental determination of the dispersing parameters for CNTs. Accordingly, the basis for the production of electrically reproducible CNT polymer composite-based sensors has been established. In addition, the application potential of this sensor concept ranging from individual sensors for selective pressure measurement over pressure distribution measurement as a sensor matrix to the application as a shoe insole for pressure monitoring was shown.

Downscaling of the contact length Lc of a side-contacted carbon nanotube field-effect transistor (CNTFET) is challenging because of the rapidly increasing contact resistance as Lc falls below 20–50 nm. If in agreement with existing experimental results, theoretical work might answer the question, which metals yield the lowest CNT–metal contact resistance and what physical mechanisms govern the geometry dependence of the contact resistance. However, at the scale of 10 nm, parameter-free models of electron transport become computationally prohibitively expensive. In our work we used a dedicated combination of the Green function formalism and density functional theory to perform an overall ab initio simulation of extended CNT–metal contacts of an arbitrary length (including infinite), a previously not achievable level of simulations. We provide a systematic and comprehensive discussion of metal–CNT contact properties as a function of the metal type and the contact length. We have found and been able to explain very uncommon relations between chemical, physical and electrical properties observed in CNT–metal contacts. The calculated electrical characteristics are in reasonable quantitative agreement and exhibit similar trends as the latest experimental data in terms of: (i) contact resistance for Lc = ∞, (ii) scaling of contact resistance Rc(Lc); (iii) metal-defined polarity of a CNTFET. Our results can guide technology development and contact material selection for downscaling the length of side-contacts below 10 nm.

In order to improve the performance and fundamental understanding of conducting polymers, development of new nanotechnologies for engineering aggregated states and morphologies is one of the central focuses for conducting polymers. In this work, we demonstrated an interfacial engineering method for the rational synthesis of a two-dimensional (2D) polyaniline (PANI) nano-array and its corresponding nitrogen-doped porous carbon nanosheets. Not only was it easy to produce a sandwich-like 2D morphology, but also the thickness, anchored ions and produced various metal phosphides were easily and rationally engineered by controlling the composition of the aqueous layer. The novel structural features of these hybrids enabled outstanding electrochemical capacitor performance. The specific capacitance of the as-produced diiron phosphide embedded nitrogen-doped porous carbon nanosheets was calculated to be as high as 1098 F g−1 at 1 A g−1 and an extremely high specific capacitance of 611 F g−1 at 10 A g−1, outperforming state-of-the-art performance among porous carbon and metal-phosphide-based supercapacitors. We believe that this interfacial approach can be extended to the controllable synthesis of various 2D material coupled sandwich-like hybrid materials with potential applications in a wide range of areas.

Silicon was selectively removed from a silicon carbonitride (SiCN) aerogel by hot chlorine gas treatment, leading to a N-doped carbon aerogel (N-CDC aerogel). The combined effects of pyrolysis and etching temperature were studied with regard to the change in the composition of the material after etching as well as the microstructure of the produced hierarchically porous material. Upon removal of Si from amorphous SiCN, carbon and nitrogen, which are not bonded together in the starting material, react, creating new C–N bonds. The removal of silicon also gives rise to a high amount of micropores and hence a high specific surface area, which can be beneficial for the functionality of the carbonaceous material produced. The mesoporous structure of the aerogel allows us to complete the etching at low temperature, which was found to be a crucial parameter to maintain a high amount of nitrogen in the material. The combination of a high amount of micropores and the mesopore transport system is beneficial for adsorption processes due to the combination of a high amount of adsorption sites and effective transport properties of the material. The N-CDC aerogels were characterized by nitrogen physisorption, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), thermogravimetry (TG/DTA), and infrared spectroscopy (DRIFT) and they were evaluated as CO2 absorbers and as electrodes for electric double-layer capacitors (EDLCs).

Background: In addition to conventional chemotherapeutics, nucleic acid-based therapeutics like antisense oligodeoxynucleotides (AS-ODN) represent a novel approach for the treatment of bladder cancer (BCa). An efcient delivery of AS-ODN to the urothelium and then into cancer cells might be achieved by the local application of multiwalled carbon nanotubes (MWCNT). In the present study, pristine MWCNT and MWCNT functionalized with hydrophilic moieties were synthesized and then investigated regarding their physicochemical characteristics, dispersibility, biocompatibility, cellular uptake and mucoadhesive properties. Finally, their binding capacity for AS-ODN via hybridization to carrier strand oligodeoxynucleotides (CS-ODN), which were either non-covalently adsorbed or covalently bound to the diferent MWCNT types, was evaluated. Results: Pristine MWCNT were successfully functionalized with hydrophilic moieties (MWCNT-OH, -COOH, -NH2, -SH), which led to an improved dispersibility and an enhanced dispersion stability. A viability assay revealed that MWCNTOH, MWCNT-NH2 and MWCNT-SH were most biocompatible. All MWCNT were internalized by BCa cells, whereupon the highest uptake was observed for MWCNT-OH with 40% of the cells showing an engulfment. Furthermore, all types of MWCNT could adhere to the urothelium of explanted mouse bladders, but the amount of the covered urothelial area was with 2–7% rather low. As indicated by fuorescence measurements, it was possible to attach CS-ODN by adsorption and covalent binding to functionalized MWCNT. Adsorption of CS-ODN to pristine MWCNT, MWCNT-COOH and MWCNT-NH2 as well as covalent coupling to MWCNT-NH2 and MWCNT-SH resulted in the best binding capacity and stability. Subsequently, therapeutic AS-ODN could be hybridized to and reversibly released from the CS-ODN coupled via both strategies to the functionalized MWCNT. The release of AS-ODN at experimental conditions (80 °C, bufer) was most efective from CS-ODN adsorbed to MWCNT-OH and MWCNT-NH2 as well as from CS-ODN covalently attached to MWCNT-COOH, MWCNT-NH2 and MWCNT-SH. Furthermore, we could exemplarily demonstrate that AS-ODN could be released following hybridization to CS-ODN adsorbed to MWCNT-OH at physiological settings (37 °C, urine). Conclusions: In conclusion, functionalized MWCNT might be used as nanotransporters in antisense therapy for the local treatment of BCa.

The new generation of three roll mills is able to monitor occurring process loads while dispersion. This paper focuses on the interpretation of the gathered data to find criteria quantifying the dispersion state online. The aim is process time reduction. We used impedance spectroscopy to identify the dispersion state and correlated it with the occurring process loads. The dispersion process of a wide spectrum of carbon based nano particles, namely carbon black, single walled carbon nanotubes, multi walled carbon nanotubes, a few-layer graphene powder, electrochemically exfoliated graphite and a functionalized electrochemically exfoliated graphite was investigated. The filler content was varied along the material’s electrical percolation threshold. The criteria found led to a reduction of processing time and revealed the prevalent mechanisms during dispersion.

Um für ertragsschwache, sandige Böden des mitteldeutschen Agrarraumes Aussagen bzw. Empfehlungen hinsichtlich einer ökologisch vertretbaren Wiederinbetriebnahme brachgefallener Flächen treffen zu können, wurden auf einem leichten Sandstandort Nordsachsens die Gehalte, Vorräte, Bindungsformen und Dynamik des Kohlen- und Stickstoffs im Boden, nach Inkulturnahme stillgelegter Flächen, bestimmt und quantifiziert. Hierfür erfolgte die Einrichtung von zwei Bewirtschaftungssystemen mit unterschiedlicher Nutzungsintensität. Während sich die Versuchsvariante "Extensive Bewirtschaftung" durch typische Merkmale des ökologischen Landbaus auszeichnete, wurde sich bei der Versuchsvariante "Intensive Bewirtschaftung" an den Methoden der konventionellen Ackerbewirtschaftung orientiert. Um diese Bewirtschaftungsformen mit stillgelegten Flächen vergleichen zu können, wurden Teile des Untersuchungsareals erneut der Sukzession überlassen. Diese bildeten die Versuchsvariante "Brache". Die Erhebung der Daten erstreckte sich über einen dreijährigen Zeitraum. Neben der Ermittlung von Bodenazidität und ausgewählten C- und N Fraktionen erfolgte die Bestimmung wichtiger bodenmikrobiologischer und biochemischer Kenngrößen. Weitere Untersuchungen bezüglich des C- und N Kreislaufes wurden an Probenmaterial der oberirdischen Phytomasse, des mittels Saugkerzen gewonnenen Sickerwassers sowie des Niederschlagswassers durchgeführt. Zur Prognostizierung nutzungsspezifischer mittel- bis langfristiger Veränderungen des im Boden gebundenen Kohlen- und Stickstoffs wurden Teile der erhobenen Parameter in das Simulationsmodell CANDY eingebunden. Auf Grundlage der erhobenen Daten konnten folgende wichtige Schlußfolgerungen getroffen werden: 1.) Der heißwasserextrahierbare Stickstoff (TNhwe) besitzt eine hohe Differenzierungsgüte zur Unterscheidung verschiedener landwirtschaftlicher Nutzungsintensitäten. Er stellt einen geeigneten Sensitivitätsparameter dar, um nutzungsspezifische Einflüsse hinsichtlich des N, aber auch des C Kreislaufes quantitativ beurteilen zu können. 2.) Die untersuchte Sand-Braunerde ist durch ein beachtliches C und N Nachlieferungspotential gekennzeichnet, welches auf hohe Umsetzungsgeschwindigkeiten der organischen Substanz hindeutet. Hierbei scheinen sich Quantität und Schnelligkeit des Stoffumsatzes mit zunehmender Nutzungsintensität zu erhöhen. 3.) Unter Berücksichtigung eines fachgerechten Managements stellt die Begründung von Sukzessionsbracheflächen für einen dreijährigen Zeitraum eine ökologisch tragbare Alternative dar, um landwirtschaftlich genutzte Flächen zeitweilig aus der ackerbaulichen Nutzung herauszunehmen. Während der Brachephase sollten jedoch Schnitt- und Umbruchmaßnahmen unbedingt vermieden werden. 4.) Der Anbau von Leguminosen als integraler Bestandteil des Ökolandbaus erwies sich aus ertragssteigernder Sicht nicht effizient und war bezüglich der Umweltwirkung als nicht nachhaltig zu bewerten. Für leichte Sandböden des mitteldeutschen Trockengebietes ist daher die extensive Bewirtschaftungsweise aus ökologischen und höchstwahrscheinlich auch aus ökonomischen Gesichtspunkten nicht vertretbar. Deshalb ist bei der Wahl zwischen den angewandten Bewirtschaftungssystemen die intensive Bewirtschaftungsform der extensiven Nutzungsart vorzuziehen.

Bei der quasi-simultanen Deposition massenselektierter Kohlenstoff- und Metallionen mit Energien jenseits thermischer Energien treten verschiedene Morphologien auf abhängig vom verwendeten Metall und den eingestellten Depositionsparametern. Die Abmessungen der auftretenden Strukturen liegen im Nanometerbereich. Die Materialien sind deshalb für zukünftige potentielle Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Nanotechnologie von Interesse.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Strukturanalyse von kupfer-, silber-, gold- oder eisenhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten. Dabei wurden unter anderem die Rutherford Rückstreuungsspektroskopie, die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie und die energiedispersive Röntgenspektroskopie angewandt.Die dünnen Schichten weisen die folgenden Morphologien auf: Die kupferhaltigen Proben bestehen aus Kupfer-Nanopartikeln deren Durchmesser zwischen 3 und 9 nm variieren und gleichmäßig in der amorphen Kohlenstoffmatrix verteilt sind. Der mittlere Durchmesser steigt mit dem Kupfergehalt an. Die silberhaltigen Proben trennen sich in eine reine amorphe Kohlenstoffschicht mit Silberpartikeln an der Oberfläche. Sowohl die gold- wie auch die eisenhaltigen Schichten weisen eine Multilagenstruktur auf, wobei metallreiche Lagen mit erhöhter Partikeldichte durch amorphe Kohlenstofflagen voneinander getrennt sind. Die Lagenabstände sind im Falle der Gold-Kohlenstoffschichten bis zu ca. 15 nm, bei den Eisen-Kohlenstoffschichten um die 7 nm.Die Entstehung der verschiedenen Strukturen kann nicht auf herkömmlich Selbstorganisationseffekte, die auf Diffusion und Gleichgewichtsthermodynamik beruhen zurückgeführt werden. Stattdessen wurden ioneninduzierte Transportmechanismen, Sputtereffekte und die Stabilität kleiner Metallpartikel berücksichtigt, um die Strukturbildung zu modellieren.In der Literatur wurden in letzter Zeit ähnliche Multilagenstrukturen von Metall-Kohlenstoffschichten diskutiert, die durch Magnetronsputterdeposition hergestellt wurden. Erste Experimente wurden nun an einer RF Magnetronsputterdepositionsanlage durchgeführt um zu untersuchen, ob die zugrundeliegenden Mechanismen hier die gleichen sind wie im Falle der oben beschriebenen ionenstrahldeponierten Schichten. Bisher konnte jedoch keine Multilagenbildung bestätigt werden.