abstract: Microplastics are emerging to be major problem when it comes to water pollution and they pose a great threat to marine life. These materials have the potential to affect a wide range of human population since humans are the major consumers of marine organisms. Microplastics are less than 5 mm in diameter, and can escape from traditional wastewater treatment plant (WWTP) processes and end up in our water sources. Due to their small size, they have a large surface area and can react with chlorine, which it encounters in the final stages of WWTP. After the microplastics accumulate in various bodies of water, they are exposed to sunlight, which contains oxidative ultraviolet (UV) light. Since the microplastics are exposed to oxidants during and after the treatment, there is a strong chance that they will undergo chemical and/or physical changes. The WWTP conditions were replicated in the lab by varying the concentrations of chlorine from 70 to 100 mg/L in increments of 10 mg/L and incubating the samples in chlorine baths for 1–9 days. The chlorinated samples were tested for any structural changes using Raman spectroscopy. High density polyethylene (HDPE), polystyrene (PS), and polypropylene (PP) were treated in chlorine baths and observed for Raman intensity variations, Raman peak shifts, and the formation of new peaks over different exposure times. HDPE responded with a lot of oxidation peaks and shifts of peaks after just one day. For the degradation of semi-crystalline polymers, there was a reduction in crystallinity, as verified by thermal analysis. There was a decrease in the enthalpy of melting as well as the melting temperature with an increase in the exposure time or chlorine concentration, which pointed at the degradation of plastics and bond cleavages. To test the plastic response to ii UV, the samples were exposed to sunlight for up to 210 days and analyzed under Raman spectroscopy. Overall the physical and chemical changes with the polymers are evident and makes a way for the wastewater treatment plant to take necessary steps to capture the microplastics to avoid the release of any kind of degraded microplastics that could affect marine life and the environment. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Chemical Engineering 2017

Die vorliegende Arbeit behandelt die Charakterisierung von epitaktischem Graphen auf Siliziumkarbid (0001) mittels Raman-Spektroskopie. Nach der Einführung theoretischer sowie experimenteller Grundlagen werden das Wachstum von Graphen auf Siliziumkarbid (SiC) behandelt und die untersuchten Materialsysteme vorgestellt. Es wird gezeigt, dass das Raman-Spektrum von epitaktischem Graphen auf SiC (0001) neben den Phononenmoden des Graphens und des Substrats weitere Signale beinhaltet, welche der intrinsischen Grenzflächenschicht, dem Buffer-Layer, zwischen Graphen und SiC zugeordnet werden können. Das Raman-Spektrum dieser Grenzflächenschicht kann als Abbild der phononischen Zustandsdichte interpretiert werden. Fortführend werden verspannungsinduzierte Änderungen der Phononenenergien der G- und 2D-Linie im Raman-Spektrum von Graphen untersucht. Dabei werden starke Variationen des Verspannungszustands beobachtet, welche mit der Topographie der SiC-Oberfläche korreliert werden können und erlauben, Rückschlüsse auf Wachstumsmechanismen zu ziehen. Die Entwicklung einer neuen Messmethode, bei der das Raman-Spektrum von Graphen durch das SiC-Substrat aufgenommen wird, ermöglicht die detektierte Raman-Intensität um über eine Größenordnung zu erhöhen. Damit wird die Raman-spektroskopische Charakterisierung eines Graphen-Feldeffekttransistors mit top gate ermöglicht und ein umfassendes Bild des Einflusses der Ladungsträgerkonzentration und der Verspannung auf die Positionen der G- und 2D-Raman-Linien von quasifreistehendem Graphen auf SiC erarbeitet.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Charakterisierung von epitaktischem Graphen auf Siliziumkarbid (0001) mittels Raman-Spektroskopie. Nach der Einführung theoretischer sowie experimenteller Grundlagen werden das Wachstum von Graphen auf Siliziumkarbid (SiC) behandelt und die untersuchten Materialsysteme vorgestellt. Es wird gezeigt, dass das Raman-Spektrum von epitaktischem Graphen auf SiC (0001) neben den Phononenmoden des Graphens und des Substrats weitere Signale beinhaltet, welche der intrinsischen Grenzflächenschicht, dem Buffer-Layer, zwischen Graphen und SiC zugeordnet werden können. Das Raman-Spektrum dieser Grenzflächenschicht kann als Abbild der phononischen Zustandsdichte interpretiert werden. Fortführend werden verspannungsinduzierte Änderungen der Phononenenergien der G- und 2D-Linie im Raman-Spektrum von Graphen untersucht. Dabei werden starke Variationen des Verspannungszustands beobachtet, welche mit der Topographie der SiC-Oberfläche korreliert werden können und erlauben, Rückschlüsse auf Wachstumsmechanismen zu ziehen. Die Entwicklung einer neuen Messmethode, bei der das Raman-Spektrum von Graphen durch das SiC-Substrat aufgenommen wird, ermöglicht die detektierte Raman-Intensität um über eine Größenordnung zu erhöhen. Damit wird die Raman-spektroskopische Charakterisierung eines Graphen-Feldeffekttransistors mit top gate ermöglicht und ein umfassendes Bild des Einflusses der Ladungsträgerkonzentration und der Verspannung auf die Positionen der G- und 2D-Raman-Linien von quasifreistehendem Graphen auf SiC erarbeitet.