The modification of the radiation pattern and radiative lifetime of dye molecules in three-dimensional colloidal photonic crystals is studied, using high-resolution optical microscopy and spectroscopy. The experimental observations are compared to corresponding calculations of the local optical density of states. It can be concluded, that the fluorescence of the molecules is redistributed spectrally and spatially within the photonic crystal. / Mit Hilfe hochauflösender optischer Mikroskopie und Spektroskopie werden Änderungen der Abstrahlcharakteristik und strahlenden Lebensdauer von Farbstoffmolekülen in dreidimensionalen kolloidalen photonischen Kristallen untersucht. Die experimentellen Beobachtungen werden mit entsprechenden Berechnungen der lokalen optischen Zustandsdichte verglichen. Hieraus kann auf eine spektrale und räumliche Umverteilung der Fluoreszenz der Moleküle im photonischen Kristall geschlossen werden.

Die Visualisierung bisher nicht nachweisbarer Defekte in hochwertigem Silizium konnte durch die Entwicklung neuer hochempfindlicher Mikrowellendetektionsverfahren erreicht werden. Dies eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten zur kontaktlosen und zerstörungsfreien Charakterisierung von Halbleitern. Insbesondere sind bisher unzugängliche Defekte in Silizium und selbst in dünnen epitaktischen Schichten nachweisbar. Elektrische Eigenschaften von Halbleitern wie Lebensdauer, Beweglichkeit und Diffusionslänge können bei kleinen Injektionsraten mit einer Ortsauflösung, die nur durch die Diffusionslänge der Ladungsträger limitiert ist, gemessen werden. Aufgrund der um mehrere Größenordnungen verbesserten Empfindlichkeit kann über ein Mikrowellenabsorptionssignal die Ladungsträgeremission aus Defekten selbst bei qualitativ hochwertigstem Silizium untersucht werden. Dies ermöglicht die Vorhersage elektrischer Eigenschaften von Bauelementen bereits an den Ausgangswafern.

Die hochempfindliche Methode der „Microwave Detected Photoconductivity“ (MDP) wird eingesetzt, um technologisch relevante Halbleiterparameter wie die Ladungsträgerlebensdauer, Photoleitfähigkeit und Defektkonzentrationen über viele Größenordnungen der optischen Anregung hinweg zu untersuchen. Durch die Entwicklung und die Anwendung eines neuartigen Modellierungssystems für die Ladungsträgerdynamik in Halbleitern können wichtige Defektparameter quantitativ aus MDP Messungen in Abhängigkeit der Anregungsintensität bestimmt werden. Ein Verfahren zur Charakterisierung von Haftstellen (Konzentration, Energielage, Einfangsquerschnitt) bei konstanter Temperatur wird vorgestellt. Das technologisch relevante Verfahren des quantitativen Eisennachweises in p-dotiertem Silizium wird für die MDP Methode angepasst und entsprechende Messergebnisse mit DLTS Resultaten verglichen. Ein detaillierter Vergleich der gängigsten kontaktlosen Messverfahren QSSPC und MW-PCD mit der MDP zeigt, dass entgegen gängiger Annahmen die unterschiedlichen Anregungsbedingungen zu drastischen Unterschieden in den gemessenen Werten der Ladungsträgerlebensdauer führen. Dies wird sowohl durch theoretische Berechnungen als auch durch praktische Messergebnisse belegt.

Nowadays, polymer-metal hybrids are covering a broad range of advanced applications, especially in the automotive or aerospace industries where high performance and lightweight components are highly demanded. Hybrid parts may offer additional functionality regarding strength, durability, impact and wear resistance without sacrificing size or weight of the full component. However, there are still challenges regarding improving the adhesion between dissimilar materials such as metals to polymers and its composites. There is a lack of research about the influence of a post heat treatment on adhesion and durability in polymer-metal hybrids manufactured through an overmolding processing chain. There is also a need for using adhesive promoters that may offer simultaneous corrosion protection to metallic substrates in order to extend the lifecycle of the part when subjected to diverse harsh environments. In this work, two organic coatings used as adhesive promoters on steel substrates were investigated: the first one is a polyester-based powder-coat adhesive developed in the Leibniz-Institute in Dresden. The second one is a high performance anti-corrosive electrophoretic paint that has never been reported in the literature as an intermediate adhesive layer in a thermoplastic-polyurethane (TPU) overmolding processing chain. A TPU was overmolded on both pre-coated steel substrates, and the adhesion of the polymer to the metal substrate was investigated after a heat treatment (annealing), and a subsequent hygrothermal aging at different temperature-humidity conditions. The influence of the annealing process on the adhesion and durability of the multilayered specimen was investigated in depth; similarly, failure modes and lifetimes were evaluated after the hygrothermal aging. Lifetime predictions calculated from kinetic parameters for solid decomposition -obtained from thermogravimetric analysis- were validated experimentally with polyurethane-steel hybrids commonly used as district heat pipes. Adhesion of TPU on the steel substrate using both organic coatings as adhesive promoters was successful due to the contribution of new physical-chemical and mechanical interactions at the polymer-coating interface, especially after annealing at 100 °C for 20 h. Additionally, heat treated hybrids exhibited a much better performance because of the apparent increased in the anchoring density at the polymer-metal interfaces. It is conclusive that progressive failure of the multilayered specimen is strongly dependent on water diffusion rather than thermolysis of any of the components, as it was detected by FTIR, and observed in the micrographs on the artificially-aged hybrid surfaces. Finally, accelerated aging was used to correlate lifetime predictions throughout the analysis of the kinetics of degradation using TGA experiments and mechanical tests. The calculated values of the activation energy evidence that durability of the polyurethane-based polymers is affected by temperature and humidity at the conditions described in this work. Lifecycle is directly related to kinetic parameters, and especially to the activation energy, EA. This kinetic parameter for pre-aged specimens, and particularly for those subjected to higher temperature conditions, were lower when compared to the fresh polymer; as it was demonstrated that TGA analysis is a primary tool to predict lifetime for thermoplastic and thermosetting polyurethanes.

Properly inerting a fuel cell is an essential function for the safety and durability of the product. DAM designs and produces a bypass valve to effectively inert the fuel cell while maintaining the oxidant gas flow in the compressor. The system provides a short closing and opening response time less than 100 ms, while consuming very little energy. In addition to cutting off the oxidant gas supply, the valve can be used to drain the fuel cell, optimize the shutdown and startup cycles, and even optimize the inerting of the fuel cell through the hydrogen circuit. DAM has already produced valve prototypes in diameters 16 mm and 50 mm which are currently in the test phase with first successful results, and whose functions can be extended with a position sensor or heating system. / Die geeignete Inertisierung einer Brennstoffzelle ist eine wesentliche Funktion für die Sicherheit und Lebensdauer des Produkts. DAM entwickelt und produziert ein Bypass-Ventil, das die Brennstoffzelle effektiv inertisiert und gleichzeitig den Oxidationsmittel-Gasstrom im Kompressor aufrechterhält. Das System bietet eine kurze Schließ- und Öffnungszeit von weniger als 100 ms und verbraucht dabei sehr wenig Energie. Neben der Unterbrechung der Oxidationsgaszufuhr kann das Ventil auch zum Entleeren der Brennstoffzelle, zur Optimierung der Abschalt- und Anfahrzyklen und sogar zur Optimierung der Inertisierung der Brennstoffzelle durch den Wasserstoffkreislauf eingesetzt werden. DAM hat bereits Ventilprototypen in den Durchmessern 16 mm und 50 mm hergestellt, die sich derzeit mit ersten Erfolgen in der Testphase befinden und deren Funktionen durch einen Positionssensor oder ein Heizsystem erweitert werden können.

Zur Ermittlung der Zuverlässigkeit von leistungselektronischen Bauelementen sind eine Reihe von Testverfahren etabliert. In Lastwechseltests ist die Temperatur der dominierende Parameter für bekannte Lebensdauermodelle. Aufgrund des Aufbaus und der Eigenschaften von AlGaN/GaN-Bauelementen ist es notwendig, neue Methoden zur Temperaturbestimmung zu etablieren. Die Untersuchungen berücksichtigen dabei verschiedene Bauteilkonzepte. Dazu gehören High Electron Mobility Transistors (HEMT) mit Schottky/p-Gate, für die eine Verwendung des Gateleckstromes als temperatursensitiver elektrischer Parameter (TSEP) untersucht und zur Temperaturbestimmung empfohlen wird. Für Gate Injection Transistors (GIT) wird ein ähnlicher Ansatz verfolgt. Aufgrund der Gatestruktur dieser stromgesteuerten Bauelemente wird vorgeschlagen, den vorhandenen pn-Übergang am Gate des GIT HEMT unter Verwendung der Gate-Source-Spannung als TSEP zu nutzen. In beiden Fällen erreichen die temperatursensitiven Parameter eine Messauflösung, die mindestens der des pn-Übergangs bei Si-Bauelementen entspricht. Im Lastwechseltest bestimmt im Wesentlichen die verwendete Aufbau- und Verbindungstechnik außerhalb des diskreten Packages die mögliche Zyklenzahl. Werden SMD-Bauelemente auf PCB gelötet, dominiert die Lotverbindung zwischen Bauteil und PCB den Ausfall. Durch ein neues Aufbaukonzept mit in Module gesinterten AlGaN/GaN Packages sind Zyklenzahlen möglich, die bis Faktor 10 über dem Erwartungswert für vergleichbare Si-Bauelemente mit Standard AVT liegen.

Im Jahre 1958, schlug Kenneth W. Robinson die Nutzung eines Korrektormagneten vor um den entdämpften radialen Betatronoszillationen im Cambridge electron accelerator entgegen zu wirken. Dieser Korrektormagnet sollte aus kurzen, alternierenden Dipolen mit einem starken Gradienten bestehen, sodass die Verluste durch Synchrotronstrahlung mit zunehmendem Trajektorienradius abnehmen. Diese Transversal-Gradienten-Wiggler werden auch "Robinson Wiggler" (RW) genannt. Die Metrology Light Source (MLS), welche Eigentum der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist und vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) entworfen und betrieben wird, ist ein Elektronen-Synchrotron, optimiert für die Produktion von Synchrotronstrahlung im Spektralbereich zwischen THz und EUV. Da die MLS eine gerampte Maschine ist, nimmt der gespeicherte Elektronenstrom mit der Zeit ab und die Strahllebensdauer ist von Bedeutung für die Nutzer der Synchrotronstrahlung. Es wird vorgeschlagen einen RW bei der MLS zu installieren um die Strahllebensdauer zu erhöhen. Mit RW wäre es möglich, Dämpfung aus der longitudinalen in die horizontale Ebene zu verschieben sodass sich die Energiebreite um einen Faktor 3 erhöht und die Emittanz sich um ungefähr einen Faktor 2 reduziert. Die Länge der Elektronenpakete wird dadurch stärker verlängert als die mittlere horizontale Paketbreite reduziert wird. So nimmt die Elektronendichte im Paket ab und die Verlustrate sinkt. Dies hat zu Folge dass sich die Lebensdauer verbessert und die Aktivierung von Komponenten reduziert wird. Mit erhöhter Energiebreite und verringerter Emittanz, wird der Beitrag der Dispersion zur horizontalen Quellgröße stärker. Durch geeignete Wahl der Magnetoptik kann die Brillianz am Quellpunkt erhöht werden bei gleichzeitiger Verbesserung der Lebensdauer. Simulationen zeigen dass die Lebensdauer an der MLS durch die Installation eines solchen RW um einen Faktor 2.3 ansteigt, was einem Zugewinn an integriertem Photonenfluss von 30 % entspricht. / In 1958, Kenneth W. Robinson proposed the usage of a magnetic correction device to reduce the antidamping of radial betatron oscillations in the Cambridge electron accelerator. The essence of this correction device are short, alternating dipoles with a strong gradient, such that the radiation loss decreases with increasing radius of trajectory. These transverse gradient wigglers are also called "Robinson Wigglers" (RW). The Metrology Light Source (MLS), owned by the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and designed and operated by Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), is an electron synchrotron, optimized for the production of synchrotron radiation in the THz to the EUV spectral region. Being a ramped machine, Top-Up operation is not possible. With a decaying beam current, the lifetime of the stored beam is of importance for the user community, for reasons of temporal stability and integrated photon flux. It is proposed to install a RW at the MLS in order to improve the beam lifetime. With a RW, it is possible to transfer damping from the longitundinal to the horizontal plane in a way, that the energy spread increases by a factor of 3 and the emittance reduces by a factor of 2. Doing so, the bunch length is increased by a larger fraction than the average bunch width is decreased. Thereby the electron density is reduced which results in a lower loss rate of electrons. This improves the beam lifetime and reduces induced radioactivity of accelerator components and shielding. With an increased energy spread and a reduced emittance, the contribution of the dispersion to source size becomes more important. By carefully choosing the magnet optics, the brilliance at the source point can be improved simultaneously to increasing the lifetime. Simulations indicate that a RW is able to increase the lifetime in the standard user operation mode at the MLS by a factor of 2.3, corresponding to an increase in photon flux for one standard user run of approximately 30 %.

Tannine sind pflanzliche, polyphenolische Sekundärmetabolite mit Protein-präzipitierenden und –bindenden Kapazitäten, welche offenbar für die antinutritiven und gesundheitsschädlichen Wirkungen der Tannine verantwortlich sind. Jedoch dominieren in der Literatur die gesundheitsfördernden Beschreibungen, für die meist die antioxidative Kapazität verantwortlich gemacht wurde. Der etablierte Modelorganismus Caenorhabditis elegans wurde zur Analyse dieses Kontrastes ausgewählt. Zunächst wurden Lebensdauer und Stressresistenz der mit Tanninsäure und den Tanninbausteinen Gallussäure, Ellagsäure und Catechin behandelten Nematoden ermittelt. Das vermutete Vorliegen eines „Calorie Restriction“ (CR)-Effektes als auch einer hormetischen Dosis-Wirkungs-Beziehung wurde überprüft. Weiterhin wurden antimikrobielle und antioxidative Eigenschaften als potentielle Ursachen der Langlebigkeit untersucht und die Auswirkungen auf die Fitness und Genexpression analysiert. Die Einbeziehung verschiedener Alterungs-Theorien rundete die Analyse der Tanninwirkung ab. Alle Tannin-Substanzen konnten eine Lebensverlängerung erwirken, doch erstaunlicherweise erwiesen sich Langlebigkeit und Stressresistenz als individuelle, nicht zwangsläufig gekoppelte Parameter. Hormesis, CR-nachahmende Eigenschaften, antimikrobielle Kapazitäten als auch verschiedene stressrelevante Gene sind teilweise für die Lebensverlängerung verantwortlich. Die antioxidative Kapazität scheint jedoch irrelevant zu sein. Die differentielle Expression mehrerer hundert Gene durch Tanninsäure unterstreicht zudem die Komplexität der Wirkweise. Hinweise zur Bestätigung der „Disposable Soma Theory“, der „Mitohormesis“-Theorie und der „Green Theory of Ageing“ konnten zum Teil gefunden werden. Diese Arbeit zeigt die individuelle und kontrastreiche Wirksamkeit der Tannine auf. Sie unterstreicht, dass Tannine molekulare Regulatoren sind, welche nicht nur auf ihre antioxidative und antinutritive Kapazität reduziert werden sollten. / The polyphenolic tannins are plant-produced secondary metabolites with protein precipitating and binding capacities. This characteristic is seemingly responsible for antinutritional and harmful effects. However, health benefits have also been extensively described in the literature. Indeed, antioxidant properties are believed to be the reason for these beneficial effects. The established model organism Caenorhabditis elegans was chosen to examine this apparent contradiction. The nematodes were exposed to tannic acid and to the tannin building blocks gallic acid, ellagic acid, and catechin and the lifespan and stress resistance were determined. The presence of a calorie restriction (CR) effect and a hormetic dose-response-relationship was verified. Furthermore, antimicrobial and antioxidative capacities were assessed as possible causes of longevity and the impact on fitness parameters and gene expressions was analysed. The consideration of different ageing theories completed the analysis of the tannin action. All tannin-substances were able to prolong the lifespan but against all expectations, longevity and stress resistance were shown to be independent entities, which are not necessarily linked. Hormesis, CR-mimetic properties, antimicrobial capacities as well as several stress relevant genes are partly responsible for the life-extension. The antioxidant capacities, however, appeared to be irrelevant. The regulation of several hundred gene expressions by tannic acid underlined the complexity of the mode of action. Furthermore, the results partly confirm the “Disposable Soma Theory”, the “Mitohormesis Theory” and the “Green Theory of Ageing”. This work dissects the contrasting efficiency of the tannin family and underlines in particular, that tannins are molecular regulators, which should not be reduced to their antioxidative and antinutritional capacities

Die Marktbedingungen in der Automobilindustrie sind durch kürzere Entwicklungszeiträume, eine zunehmende Anzahl an Komfortfunktionen und Fahrzeugderivaten sowie steigende Erwartungen an Qualität, Effizienz und Sicherheit geprägt. Die reale Erprobung ist ein kritischer Pfad im Entwicklungsprozess. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neues Prüfsystemkonzept für die Komponentenerprobung, welches diesen Anforderungen Rechnung trägt. Das Herzstück ist eine softwarebasierte Systemarchitektur zur Automatisierung von Prototypentests. Schwerpunkte sind die Flexibilität in der Praxisanwendung, die Ausweitung der Messdatenerfassung mit zweckmäßiger Verwaltung zur Bauteilüberwachung und Fehlerrekonstruktion sowie eine aufgabenorientierte Schnittstelle zur Integration von Robotern. Diese übernehmen die mechanische Betätigung von beweglichen Fahrzeugkomponenten. Anhand von zwei konkreten Beispielen, einem Prüfstand zur Absicherung von Fahrzeugtüren sowie einem Prüfstand für Steifigkeitsmessungen wird die Praxistauglichkeit nachgewiesen.

Im Beitrag werden drei Methoden für den Entwurf und die Bemessung von Textilbetonverstärkungen vorgestellt. Für eine Vorbemessung wird die Variantenuntersuchung angewendet, z.B. für die Bestimmung der Anzahl an Textillagen. Für die Festlegung von Realisierungen mehrerer kontinuierlicher Entwurfsvariablen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Entwurfsziele und Entwurfsnebenbedingungen werden die Fuzzy-Optimierung und die direkte Lösung der Entwurfsaufgabe skizziert. Mit der Fuzzy-Optimierung werden Kompromisslösungen für die multikriterielle Entwurfsaufgabe ermittelt. Die direkte Lösung basiert auf der explorativen Datenanalyse von Punktmengen, die als Ergebnis einer unscharfen Tragwerksanalyse vorliegen, und liefert Bereiche – sog. Entwurfsteilräume – als Grundlage für die Auswahl des Entwurfs.