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Die vorliegende Arbeit ist eine Untersuchung, inwieweit die Herstellung eines kartonbasierter POCT mit Kapillaren zum Transport von Flüssigkeiten mit Hilfe von Nanocellulose und additiv gefertigten Prägewerkzeugen möglich ist. Die Nanocellulose wurde von RISE aus Schweden zur Verfügung gestellt. Rheologische Untersuchungen ergaben, dass diese mit Hilfe eines Bingham-Modells beschrieben werden können und einer Fließgrenze unterliegen. Die Nanocellulose wurde mit Hilfe der konventionellen direkten Druckverfahren Flexo-, Tief- und Siebdruck auf verschiedene Kartonsorten aufgetragen. Der Flexo- und Tiefdruck erwies sich aufgrund einer Saffman-Taylor-Instabilität als ungeeignet zur Erzeugung von homogenen Schichten. Verschiedene Untersuchungen zeigten, dass mit Hilfe des Siebdrucks unter Verwendung eines Siebs mit sehr hoher Nassfarbschichtdicke die besten Ergebnisse erzielt werden konnten. Die Nutzung von offenen Kapillaren in POCT erfordert einen möglichst geringen Kontaktwinkel. Durch das Applizieren von Nanocellulose konnte sowohl der Kontaktwinkel des Kartons auf einen geeigneten Wert reduziert werden als auch das Penetrationsverhalten insofern verändert werden, dass die Penetration einer aufgetragenen Flüssigkeit zunächst in der Nanocellulose stattfindet. Die Penetration in den Karton selbst wurde durch die Nanocellulose stark verzögert. Die Funktionalität von offenen Kapillaren konnte im Rahmen dieser Arbeit aufgrund von mangelnder Herstellgenauigkeit der additiven Fertigung und begrenzter Kartonauswahl nicht erreicht werden. Allerdings konnten mit Hilfe einer Folienkaschierung funktionelle geschlossene Kapillaren erzeugt werden, welche einen Flüssigkeitstransport durch Kapillarkräfte über eine Distanz von 25 mm ohne Penetration in den Karton ermöglichen. Dies zeigt, dass die Herstellung und Nutzung von kartonbasierten POCT theoretisch möglich ist.:Abbildungsverzeichnis X Tabellenverzeichnis XIV Abkürzungsverzeichnis XV Symbolverzeichnis XVI 1 Einleitung 19 2 Ziele 23 3 Theoretische Grundlagen 25 3.1 Nanomaterial 25 3.2 Cellulose 26 3.3 Nanocellulose 27 3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28 3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30 3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31 3.4 Rheologie 31 3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32 3.4.2 Bingham-Fluide 32 3.5 Druckverfahren 34 3.5.1 Siebdruck 34 3.5.2 Tiefdruck 36 3.5.3 Flexodruck 37 3.6 Prägen 38 3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39 3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40 3.7.2 Offene Kapillaren 41 3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42 4 Materialien 45 4.1 Nanocellulose 45 4.2 Druckformen 45 4.3 Bedruckstoff 46 5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49 5.1 Vorgehensweise 49 5.1.1 Viskositätsmessung 49 5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50 5.2 Ergebnisse 50 5.2.1 Viskosität 50 5.2.2 Strukturerholung 52 5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53 6 Explorative Studie 55 6.1 Druckversuche 55 6.1.1 Siebdruck 55 6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56 6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57 6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59 6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59 6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62 6.3.3 Rauheit 63 6.3.4 Kontaktwinkel 65 6.3.5 Wasserfestigkeit 66 6.3.6 Penetrationsverhalten 66 6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73 6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76 6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79 7 Weiterentwickelte Studie 81 7.1 Vorgehensweise 81 7.2 Ergebnisse 82 7.2.1 Siebdruck 83 7.2.2 Vollprägung 85 7.2.3 Reliefprägung 90 7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91 7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93 8 Zusammenfassung und Ausblick 95 Literaturverzeichnis XCVII Anhänge / The present work is an investigation into the potential of fabricating a cardboard-based POCT with capillaries for transporting fluids using nanocellulose and additive manufactured embossing tools. The nanocellulose was provided by RISE from Sweden. Rheological studies showed that they can be described using a Bingham model and are subject to a yield point. The nanocellulose was applied to various types of cardboard using the conventional direct printing processes of flexographic, gravure and screen printing. Flexo and gravure printing proved unsuitable for producing homogeneous layers due to a Saffman-Taylor instability. Various investigations showed that screen printing using a screen with a very high wet ink film thickness produced the best results. The use of open capillaries in POCT requires the lowest possible contact angle. By applying nanocellulose, it was possible to reduce the contact angle of the cardboard to a suitable value and to change the penetration behavior in that the penetration of an applied liquid first takes place in the nanocellulose. Penetration into the cardboard itself was greatly delayed by the nanocellulose. The functionality of open capillaries could not be achieved in this work due to lack of manufacturing accuracy of additive manufacturing and limited cardboard selection. However, functional closed capillaries could be created using film lamination, allowing fluid transport by capillary forces over a distance of 25 mm without penetration into the cardboard. This shows that the production and use of cardboard-based POCT is theoretically possible.:Abbildungsverzeichnis X Tabellenverzeichnis XIV Abkürzungsverzeichnis XV Symbolverzeichnis XVI 1 Einleitung 19 2 Ziele 23 3 Theoretische Grundlagen 25 3.1 Nanomaterial 25 3.2 Cellulose 26 3.3 Nanocellulose 27 3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28 3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30 3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31 3.4 Rheologie 31 3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32 3.4.2 Bingham-Fluide 32 3.5 Druckverfahren 34 3.5.1 Siebdruck 34 3.5.2 Tiefdruck 36 3.5.3 Flexodruck 37 3.6 Prägen 38 3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39 3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40 3.7.2 Offene Kapillaren 41 3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42 4 Materialien 45 4.1 Nanocellulose 45 4.2 Druckformen 45 4.3 Bedruckstoff 46 5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49 5.1 Vorgehensweise 49 5.1.1 Viskositätsmessung 49 5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50 5.2 Ergebnisse 50 5.2.1 Viskosität 50 5.2.2 Strukturerholung 52 5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53 6 Explorative Studie 55 6.1 Druckversuche 55 6.1.1 Siebdruck 55 6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56 6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57 6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59 6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59 6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62 6.3.3 Rauheit 63 6.3.4 Kontaktwinkel 65 6.3.5 Wasserfestigkeit 66 6.3.6 Penetrationsverhalten 66 6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73 6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76 6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79 7 Weiterentwickelte Studie 81 7.1 Vorgehensweise 81 7.2 Ergebnisse 82 7.2.1 Siebdruck 83 7.2.2 Vollprägung 85 7.2.3 Reliefprägung 90 7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91 7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93 8 Zusammenfassung und Ausblick 95 Literaturverzeichnis XCVII Anhänge

Die vorliegende Arbeit ist eine Untersuchung, inwieweit die Herstellung eines kartonbasierter POCT mit Kapillaren zum Transport von Flüssigkeiten mit Hilfe von Nanocellulose und additiv gefertigten Prägewerkzeugen möglich ist. Die Nanocellulose wurde von RISE aus Schweden zur Verfügung gestellt. Rheologische Untersuchungen ergaben, dass diese mit Hilfe eines Bingham-Modells beschrieben werden können und einer Fließgrenze unterliegen. Die Nanocellulose wurde mit Hilfe der konventionellen direkten Druckverfahren Flexo-, Tief- und Siebdruck auf verschiedene Kartonsorten aufgetragen. Der Flexo- und Tiefdruck erwies sich aufgrund einer Saffman-Taylor-Instabilität als ungeeignet zur Erzeugung von homogenen Schichten. Verschiedene Untersuchungen zeigten, dass mit Hilfe des Siebdrucks unter Verwendung eines Siebs mit sehr hoher Nassfarbschichtdicke die besten Ergebnisse erzielt werden konnten. Die Nutzung von offenen Kapillaren in POCT erfordert einen möglichst geringen Kontaktwinkel. Durch das Applizieren von Nanocellulose konnte sowohl der Kontaktwinkel des Kartons auf einen geeigneten Wert reduziert werden als auch das Penetrationsverhalten insofern verändert werden, dass die Penetration einer aufgetragenen Flüssigkeit zunächst in der Nanocellulose stattfindet. Die Penetration in den Karton selbst wurde durch die Nanocellulose stark verzögert. Die Funktionalität von offenen Kapillaren konnte im Rahmen dieser Arbeit aufgrund von mangelnder Herstellgenauigkeit der additiven Fertigung und begrenzter Kartonauswahl nicht erreicht werden. Allerdings konnten mit Hilfe einer Folienkaschierung funktionelle geschlossene Kapillaren erzeugt werden, welche einen Flüssigkeitstransport durch Kapillarkräfte über eine Distanz von 25 mm ohne Penetration in den Karton ermöglichen. Dies zeigt, dass die Herstellung und Nutzung von kartonbasierten POCT theoretisch möglich ist.:Abbildungsverzeichnis X Tabellenverzeichnis XIV Abkürzungsverzeichnis XV Symbolverzeichnis XVI 1 Einleitung 19 2 Ziele 23 3 Theoretische Grundlagen 25 3.1 Nanomaterial 25 3.2 Cellulose 26 3.3 Nanocellulose 27 3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28 3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30 3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31 3.4 Rheologie 31 3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32 3.4.2 Bingham-Fluide 32 3.5 Druckverfahren 34 3.5.1 Siebdruck 34 3.5.2 Tiefdruck 36 3.5.3 Flexodruck 37 3.6 Prägen 38 3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39 3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40 3.7.2 Offene Kapillaren 41 3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42 4 Materialien 45 4.1 Nanocellulose 45 4.2 Druckformen 45 4.3 Bedruckstoff 46 5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49 5.1 Vorgehensweise 49 5.1.1 Viskositätsmessung 49 5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50 5.2 Ergebnisse 50 5.2.1 Viskosität 50 5.2.2 Strukturerholung 52 5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53 6 Explorative Studie 55 6.1 Druckversuche 55 6.1.1 Siebdruck 55 6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56 6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57 6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59 6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59 6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62 6.3.3 Rauheit 63 6.3.4 Kontaktwinkel 65 6.3.5 Wasserfestigkeit 66 6.3.6 Penetrationsverhalten 66 6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73 6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76 6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79 7 Weiterentwickelte Studie 81 7.1 Vorgehensweise 81 7.2 Ergebnisse 82 7.2.1 Siebdruck 83 7.2.2 Vollprägung 85 7.2.3 Reliefprägung 90 7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91 7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93 8 Zusammenfassung und Ausblick 95 Literaturverzeichnis XCVII Anhänge / The present work is an investigation into the potential of fabricating a cardboard-based POCT with capillaries for transporting fluids using nanocellulose and additive manufactured embossing tools. The nanocellulose was provided by RISE from Sweden. Rheological studies showed that they can be described using a Bingham model and are subject to a yield point. The nanocellulose was applied to various types of cardboard using the conventional direct printing processes of flexographic, gravure and screen printing. Flexo and gravure printing proved unsuitable for producing homogeneous layers due to a Saffman-Taylor instability. Various investigations showed that screen printing using a screen with a very high wet ink film thickness produced the best results. The use of open capillaries in POCT requires the lowest possible contact angle. By applying nanocellulose, it was possible to reduce the contact angle of the cardboard to a suitable value and to change the penetration behavior in that the penetration of an applied liquid first takes place in the nanocellulose. Penetration into the cardboard itself was greatly delayed by the nanocellulose. The functionality of open capillaries could not be achieved in this work due to lack of manufacturing accuracy of additive manufacturing and limited cardboard selection. However, functional closed capillaries could be created using film lamination, allowing fluid transport by capillary forces over a distance of 25 mm without penetration into the cardboard. This shows that the production and use of cardboard-based POCT is theoretically possible.:Abbildungsverzeichnis X Tabellenverzeichnis XIV Abkürzungsverzeichnis XV Symbolverzeichnis XVI 1 Einleitung 19 2 Ziele 23 3 Theoretische Grundlagen 25 3.1 Nanomaterial 25 3.2 Cellulose 26 3.3 Nanocellulose 27 3.3.1 Cellulose Nanofibrillen (CNF) 28 3.3.2 Cellulose Nanokristalle (CNC) 30 3.3.3 Carboxymethyl-Cellulose (CMC) 31 3.4 Rheologie 31 3.4.1 Eigenschaften von Suspensionen mit Nanopartikeln 32 3.4.2 Bingham-Fluide 32 3.5 Druckverfahren 34 3.5.1 Siebdruck 34 3.5.2 Tiefdruck 36 3.5.3 Flexodruck 37 3.6 Prägen 38 3.7 Microfluidic Devices und Kapillaren 39 3.7.1 Geschlossene Kapillaren 40 3.7.2 Offene Kapillaren 41 3.8 Ultraschallmessung des Penetrationsverhaltens 42 4 Materialien 45 4.1 Nanocellulose 45 4.2 Druckformen 45 4.3 Bedruckstoff 46 5 Rheologische Untersuchungen der Nanocellulose 49 5.1 Vorgehensweise 49 5.1.1 Viskositätsmessung 49 5.1.2 Erfassung der Strukturerholung 50 5.2 Ergebnisse 50 5.2.1 Viskosität 50 5.2.2 Strukturerholung 52 5.2.3 Vergleich mit konventionellen Druckverfahren 53 6 Explorative Studie 55 6.1 Druckversuche 55 6.1.1 Siebdruck 55 6.1.2 Flexo- und Tiefdruck 56 6.2 Vorgehensweise der Auswertung 57 6.3 Ergebnisse und Diskussion der Druckversuche 59 6.3.1 Visuelle Homogenität der Oberfläche 59 6.3.2 Einfluss auf Bedruckstoff 62 6.3.3 Rauheit 63 6.3.4 Kontaktwinkel 65 6.3.5 Wasserfestigkeit 66 6.3.6 Penetrationsverhalten 66 6.4 Prägewerkzeuge und -versuche 73 6.5 Ergebnisse und Diskussion der Prägeversuche 76 6.6 Erkenntnisse der explorativen Studie 79 7 Weiterentwickelte Studie 81 7.1 Vorgehensweise 81 7.2 Ergebnisse 82 7.2.1 Siebdruck 83 7.2.2 Vollprägung 85 7.2.3 Reliefprägung 90 7.3 Erkenntnisse der weiterentwickelten Studie 91 7.4 Empfehlungen für weitere Studien 93 8 Zusammenfassung und Ausblick 95 Literaturverzeichnis XCVII Anhänge

[ES] Los objetivos de este estudio son en primer lugar un análisis previo del proceso de introducción y asentamiento del sistema de estampación permeográfico conocido con el nombre de serigrafía como medio de expresión artística. Para identificar cuál fue el momento y las razones de su introducción en España, y más particularmente en Valencia, será necesario llevar a cabo una serie de acciones como son: puntualizar cuáles han sido los diferentes pasos que han marcado el desarrollo y evolución dentro del contexto valenciano, lo que nos conduce necesariamente al estudio de los principales artífices polarizados en tres núcleos: artistas, serígrafos y editores. También señalar cuáles fueron los principales artistas, grupos y tendencias y las causas de que este nuevo sistema fuera utilizado como medio técnico para estampar sus creaciones artísticas, profundizando en las características técnicas y estilísticas de estas obras y su relación tanto con el conjunto nacional como internacional. Se debería analizar, así mismo, la forma en que se produjo la asimilación del nuevo procedimiento por la sociedad española, en relación a otros artistas, estilos, editores, etc.; teniendo en cuenta varios puntos: que su uso artístico es muy reciente, que los primeros en utilizarla fueron grupos y movimientos de vanguardia, y las connotaciones industriales y publicitarias con que este arrancó. Por último se debería analizar la forma en que la estampa serigrafiada se integra en la denominada “obra gráfica original”, y las diversas resultantes de la estampación que no se encuadran dentro de dicho concepto: carteles, portadas de libros y revistas, múltiples, etc. / [EN] The objectives of this study are first of all a preliminary analysis of the process of introduction and establishment of the permeographic printing system known as screen printing as a means of artistic expression. permeographic printing system known as serigraphy as a means of artistic expression. In order to identify the moment and the reasons for its In order to identify the moment and the reasons for its introduction in Spain, and more particularly in Valencia, it will be necessary to carry out a series of actions such as: to point out the different steps that have marked the development and evolution within the Valencian context, which necessarily leads us to the study of the main artists polarised into three nuclei: artists, silkscreen printers and publishers. We will also point out which were the main artists, groups and trends and the reasons why this new system was used as a technical means to print their artistic creations, delving into the technical and stylistic characteristics of these works. technical and stylistic characteristics of these works and their relationship with both the national and international scene. It should also analyse the way in which the new procedure was assimilated by Spanish society, in relation to other artists, styles, publishers, etc., taking into account several points: that its artistic use is very recent, that the first to use it were avant-garde groups and movements, and the industrial and advertising connotations with which it began. Finally, we should analyse the way in which screen-printed prints are integrated into the so-called "original graphic work", and the various results of printing that do not fall within this concept: posters, book and magazine covers, multiple, etc. / Silvestre Visa, M. (1986). La serigrafía artística en Valencia. Evolución histórica y técnica [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202242

Elektrische Maschinen werden heutzutage auf mannigfaltigen Gebieten eingesetzt. Sie verrichten ihre Aufgaben in leistungsstarken Industrieantrieben für Erzmühlen oder Stahlwalzen, als Synchrongeneratoren zur Elektroenergieerzeugung, in Fertigungsanlagen wie Backstraßen oder Fließbänder oder auch im Verkehr, in Zügen oder verstärkt nun auch in Automobilen. Sie erleichtern uns aber auch den Alltag an Stellen, wo sie oft gar nicht wahrgenommen werden. Sie ermöglichen nützliche Helferlein im Auto mithilfe von Servomotoren – Scheibenwischer, Fensterheber oder Seitenspiegelverstellung sind nur ausgewählte Beispiele. Aber auch Fensterrollläden, Klimaanlagen oder Fahrstühle benötigen elektrische Antriebe. Darüber hinaus verstecken sich sie sich als Klein- und Kleinstmaschinen in medizinischen Geräten wie dem Zahnarztbohrer oder in Pflegeprodukten des täglichen Bedarfs von der Haarschneidemaschine, über den Nasenhaartrimmer und Föhn bis hin zur elektrischen Zahnbürste. Da Elektromotoren also in immer mehr Geräten stecken, müssen auch immer größere Stückzahlen gefertigt werden, die am besten nichts kosten. Es besteht somit die große Herausforderung all die Bedürfnisse ressourcenschonend und kostengünstig zu bedienen. Aus diesem Gedanken heraus entstand am Lehrstuhl die Idee, Wicklungen elektrischer Kleinmaschinen zu drucken. Dies geschieht mithilfe der Siebdrucktechnik, wie es schon heute bei RFID-Chips die Regel ist. Es handelt sich also um ein erprobtes Verfahren, das eine günstige Fertigung großer Stückzahlen erlaubt. Erste Erfahrungen wurden bereits gesammelt, hier sei auf [10], [11] und [12] verwiesen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen diese Grundlagen nun ausgebaut, gefestigt, sowie erweitert werden. Um einen Eindruck und Überblick zu gewinnen, wird im Folgenden eine Reihe elektrischer Kleinmaschinen entworfen. Hierbei sollen Probleme ausfindig gemacht, Lösungen eruiert und Abweichungen zum konventionellen Entwurf aufgezeigt werden. Im Rahmen dessen werden Berechnungsvorschriften für siebgedruckte Wicklungen abgeleitet und diese schließlich zur Berechnung einer Maschinenreihe mit verschiedenen Außendurchmessern und Längen genutzt. Am Ende der Arbeit sollen ausgewählte Motoren aus der berechneten Reihe stehen, an denen Messungen stattfinden um die verwendeten Algorithmen zu verifizieren.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von anwendungsspezifisch angepassten und drucktechnisch herstellbaren Antennen für Radio‐Frequency‐Identification (RFID) Anwendungen im Ultra‐High‐Frequency (UHF) und Super‐High‐Frequency (SHF) Frequenzbereich. Dabei werden alle Entwicklungsschritte und deren Abhängigkeiten vom Antennenentwurf über die Simulation, die Herstellung im Druckverfahren und die Antennenvermessung betrachtet. Die Alleinstellungsmerkmale der vorliegenden Arbeit liegen in der Erforschung von Antennen, welche eine hohe Funktionalität in herausfordernden dielektrischen oder metallischen Umgebungen (Glas, Holz, Papier, Aluminium, …) aufweisen sowie im Druckverfahren hergestellt werden. Mit Hilfe von FEM‐ und MoM‐Berechnungen werden neu entwickelte Antennenkonzepte wie 898 MHz‐Dipolantennen, 868 MHz‐Längsstrahler‐ Antennenkonfigurationen, 868 MHz‐(Reflektor)‐Antennenkonfigurationen und 5.8 GHz‐3D‐Dipol‐ Antennendesigns zur Erhöhung der Kommunikationsfähigkeit untersucht und beschrieben. Dabei werden hinsichtlich der 868 MHz‐Längsstrahler‐Antennenkonfiguration, zur Funktion in direkter metallischer Umgebung, Performance mindernde Depolarisationseffekte nachgewiesen. Eine Minimierung dieser Effekte wird mit der gezielten Krümmung elektromagnetischer Wellenfronten zwischen abstrahlendem Antennenelement und Reflektor erreicht. Der Nachweis wird anhand einer selbst entwickelten 868 MHz‐(Reflektor)‐Antennenkonfiguration geführt. Um die Leistungsfähigkeit gedruckter Antennen weiter zu steigern, werden Antennen mit gerichteter Abstrahlcharakteristik mit einer Resonanzfrequenz von 5.8 GHz und einer Frequenzbandbreite von 150 MHz entworfen. Als ein Ergebnis werden Antennen mit dreidimensionaler Geometrie vorgestellt. Die Besonderheit hierbei liegt in der planaren Herstellung der Antenne im Druckverfahren und der anschließenden dreidimensionalen Aufrichtung. Die entwickelten Antennen sind direkt in kommerzielle und industrielle Anwendung überführbar. / This doctoral thesis focuses on research and development in the field of novel, optimized and printed antenna structures for UHF and SHF-RFID applications in challenging dielectric and metallic environments. These antenna structures have a high level of functionality, the manufacturing costs are low and they can easily be integrated. At the beginning of this work, based on wave equations it had been deduced that the propagation of electromagnetic waves in different media is dependent on the two material parameters permeability and permittivity. Based on this knowledge and further application- and manufacturing-specific parameters (resonance frequency, radiation characteristics, impedance, properties of the object which is to be identified (form, geometry, permeability and permittivity) and manufacturing-specific properties (substrate, material and printed layer thereof)), dipole antenna designs for different dielectric environments (air, paper, glass or wood) were designed, investigated with the help of a simulation tool, manufactured employing screen and gravure printing technologies and characterized in an anechoic chamber. The employed printing technologies are very dynamic processes which depend on various process parameters. In order to improve the functionality of printed antenna structures, several dependencies between the printing processes and the achieved antenna properties have been investigated. Summed up, it can be stated that next to all manufacturing-specific dependencies, the antenna design itself is the most significant factor influencing the achievable antenna properties. Next to carrying out research on dielectric antennas in the near field, finding novel antenna concepts for the realization of highly functional UHF-RFID-transponder-antennas for the application on metallic objects was also part of this investigation. Important to account for is that the metallic objects influence the propagation of electromagnetic waves. In order to efficiently use this physical property of the reflection of electromagnetic waves, novel UHF-reflector-antenna configurations have been designed. Afterwards, its antenna-polarizations behavior was investigated in several simulations before the antenna was manufactured employing screen printing technology and characterized in an anechoic chamber. The developed antenna-configuration showed impressive RFID-reading distances up to 8.1 m (with a RFID-reader transmitting power of 1 W ERP) and compared to the state-of-the-art technology (reading distance approx. 5 m). Therefore this technology enhances the reading performance (distance) by approximately 60 %. In order to improve the communication quality of future RFID-systems, also novel, multi-directional 3D-RFID transponder antenna structures with a resonance frequency of 5.8 GHz were designed. Because of the increased resonance frequency compared to already existing UHF-RFID systems, the usage of a broader-band RFID-frequency range is possible (5.725 GHz – 5.875 GHz (150 MHz) instead of just several kHz). This allows identifying significantly more objects (> 100) in parallel. The three-dimensional layout of two antenna parts vertical to each other allows a directional (not omni-directional) radiation characteristic outside the enclosed volume of space. Because of this, the influence of dielectric materials (for instance content of product packages) on the functionality of the antenna could be significantly reduced. Also, it was shown that the designed 3D-antenna structure could easily be integrated directly on the interior of for instance product packages employing screen printing technology. After folding/erecting the product package, the antenna receives its three dimensional shape and its verified improved performance.

Cette thèse vise à évaluer le potentiel d'un nouveau couple cathode / électrolyte pour une application en IT-SOFC (700°C), par le biais de l’élaboration et du test de cellules à anode support de configuration planaire. Les matériaux concernés sont l'électrolyte BaIn0.3Ti0.7O2.85 (BIT07), de structure perovskite, et les nickelates de terres rares Ln2-xNiO4+ (LnN, Ln = La, Nd, Pr) en tant que cathodes ; ces matériaux ont montré des propriétés prometteuses dans des travaux préliminaires effectués à l'IMN et l'ICMCB. La première partie de cette thèse porte sur la mise en place d'un protocole d'élaboration de cellules complètes utilisant des techniques bas coûts et industrialisables (cellules de taille 3 x 3 cm2) : l’anode Ni / BIT07 a été élaborée par coulage en bande, l'électrolyte BIT07 par vacuum slip casting et les cathodes par sérigraphie. Les mesures électrochimiques réalisées sur une première génération de cellules ont mis en évidence la nécessité d'ajouter une couche barrière de GDC entre les cathodes LnN et l'électrolyte BIT07. Les meilleures performances ont été obtenues pour une cellule BIT07 / Ni | BIT07 | GDC | PrN, avec une densité de puissance à 700°C et 0.7 V de 176 mW cm-2 pour une faible résistance de polarisation de 0. 29 Ω cm2. La principale limitation des performances a été identifiée comme étant la résistance interne du banc de test, donnant lieu à des valeurs de résistances séries anormalement élevées. Cette cellule a été opérée avec succès durant plus de 500 heures sous courant, avec néanmoins une vitesse de dégradation extrapolée élevée de l’ordre de 27% / kh. / This thesis aimed at assessing the potential of a novel cathode / electrolyte couple for IT-SOFC applications (700°C), through the elaboration and testing of planar anode-supported cells. The materials involved were the perovskite-structured BaIn0.3Ti0.7O2.85 (BIT07) electrolyte and the rare earth nickelate Ln2-xNiO4+ (LnN, Ln = La, Nd, Pr) cathodes, both materials having shown promising properties in preliminary work done at the IMN and the ICMCB. The first part of this thesis concerned the implementation of a cell elaboration protocol using low-cost and scalable shaping techniques (cell size 3 x 3 cm2); namely, the Ni / BIT07 anodes were elaborated by tape casting, the BIT07 electrolyte by vacuum slip casting and the cathodes by screen printing. Comparison of electrochemical results for a first and second generation of cells highlighted the usefulness of adding a GDC buffer layer in between the LnN cathodes and the BIT07 electrolyte. The best performance has been obtained for a cell BIT07 / Ni | BIT07 | GDC | PrN, with a power density at 700°C and 0.7 V of 176 mW cm-2 for a competitive polarisation resistance of 0.29 Ω cm2. The main limitation of the performance has been determined to be related to the internal resistance of the test setup, giving anomalously high series resistances. This cell has been successfully operated beyond 500 hours under current, although with a fairly high extrapolated degradation rate of 27% / kh.

Depuis une vingtaine d'années, des composants électroniques flexibles sont développés. Ces composants étant amenés à se tordre, à s'étirer et à se fléchir au cours de leur utilisation, le développement de composants ayant une bonne fiabilité mécanique est primordial. Ce travail s'est concentré sur les films métalliques d'argent déposés par impression jet d'encre ou sérigraphie sur des substrats de polyimide, servant à l’interconnexion électrique entre composants actifs. Deux mécanismes d’endommagement sont observables dans ces systèmes : la fissuration et le flambement par délaminage.Premièrement, pour caractériser expérimentalement ces deux phénomènes, des tests de traction sont réalisés sous microscope optique, afin de suivre l'évolution des fissures au cours de la déformation et sous interféromètre optique, afin de suivre les cloques de délaminage. Une analyse d'images est réalisée afin d'obtenir l'évolution de l'espacement entre fissures au cours de la déformation. L'existence de deux régimes de fissuration est observée : la fissuration longue et droite pour les films épais et la fissuration courte et en forme de zigzag pour les films minces. Le suivi des profils de cloques permet d'obtenir l'évolution de leur forme au cours de la déformation.Ensuite, afin d'éclairer les observations expérimentales, les phénomènes à l'étude sont modélisés par élément finis. Ainsi l'origine des deux régimes de fissuration est expliquée par un effet géométrique de l'épaisseur du film. Un modèle élastoplastique bidimensionnel de relaxation de contraintes dans le film permet d'obtenir un encadrement de l'espacement entre fissures au cours de la déformation. À partir du suivi des cloques, un modèle tridimensionnel permet de réaliser une identification des paramètres de la zone cohésive à l'interface film/substrat, où une énergie d'adhésion de 2 J.m-2, une contrainte critique de 20 MPa et un paramètre de mixité modale de 0,4 sont déterminés. Ces valeurs sont en accord avec la littérature. / Over the past 20 years, new improvements in materials and processes led to the development of printed flexible electronics. Flexible electronics devices subjected to bending, twisting, or stretching during their lifetime, the development of device with high reliability is therefore of great importance for the efficiency of electrical connection. This work investigates the mechanical reliability of inkjet or screen-printed Ag thin films on polyimide substrates dedicated to the electrical interconnection of active components. Expected mechanical failure modes are film cracking and buckling delamination.First of all, in order to characterized the two mechanisms, tensile tests are performed under an optical microscope to follow cracks and under an optical interferometer to follow buckles. In order to obtain crack spacing evolution during deformation, an image processing is realized. Two types of cracks are observed: long and straight cracking for thick films and small and zigzag shape cracking for thin films. The evolution of buckles shape with imposed tensile deformation is characterized.In a second time, in order to understand experimental observations, mechanical failure modes are analysed with finite elements models. The origin of the two types of cracking are explained by a geometrical effect of film thickness. A elastoplastic shear lag bidimensional model gives upper and lower bonds of crack spacing during deformation. A three-dimensional model allows identification of cohesive zone model parameters at film/substrate interface, from experimental buckle shape. An adhesion energy of 2 J.m-2 , a critical strength of 20 MPa and a mode mixity parameter of 0.4 are determined. These values are in good agreement with literature.

Dans le domaine de la santé, l’analyse de l'haleine expirée offre un outil simple et non invasif pour le diagnostic précoce des maladies. Les capteurs de gaz à base de SnO2 modifies semblent être des dispositifs prometteurs pour détecter les gaz polaires tels que l'ammoniac. Dans cette étude, la fonctionnalisation de la surface de SnO2 a été réalisée afin d'obtenir un capteur de gaz sensible et sélectif à l'ammoniac, qui fonctionne à température ambiante. La première étape de la fonctionnalisation est la fixation covalente d’un film de 3-aminopropyltrethoxysalane (APTES) sur SnO2 en phase vapeur ou liquide. Les caractérisations effectuées par Spectroscopie Infrarouge et Spectrométrie photoélectronique X montrent qu’une quantité plus importante d'APTES a été greffée en phase liquide hydratée. La deuxième étape consiste à fonctionnaliser le SnO2-APTES avec des molécules contenant du chlorure d'acyle avec différents groupes tel que des groupes alkyle, acide et ester. Les capteurs modifiés par des acides et des esters sont sensibles à l’ammoniac entre 0,2 et 10 ppm à température ambiante. Cependant, le SnO2 APTES modifié par l’ester s'est révélé être plus sélectif que le capteur modifié par l'acide pour l’ethanol et le mondxyde de carbone. Ces résultats impliquent que la réponse est générée par les groupes fonctionnels acide et ester, NH3 modifie le moment dipolaire de la couche moléculaire greffée, ce qui entraine une modification de la conductance de SnO2. Le fonctionnement à température ambiante est l'un des avantages de ces capteurs, tout comme leur sélectivité à l'ammoniac en regard d'autres gaz tels que l'éthanol, le monoxyde de carbone et l'acétone. / One of the major challenges in the modern era is how we can detect the disease when we are still feeling healthy via noninvasive methods. Exhaled breath analysis is offering a simple and noninvasive tool for early diagnosis of diseases. Molecularly modified SnO2 sensors seem to be promising devices for sensing polar gases such as ammonia. SnO2 surface functionalization was performed in order to obtain sensitive and selective ammonia gas sensor that operates at room temperature. The first step of functionalization is the covalently attachment of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) film on SnO2 in vapor or liquid phases. The characterization performed by the Infrared Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy, show that more APTES were grafted by hydrous liquid phase silanization. The second step was the functionalization of APTES modified SnO2 with molecules having acyl chloride of end functional groups molecules such as alkyl, acid and ester groups. Pure SnO2 and APTES modified SnO2 sensors did not show any significant sensitivity to ammonia (0.2-100 ppm) at 25 °C. On the contrary, acid and ester modified sensors are sensitive to ammonia between 0.2 and 10 ppm at room temperature. However, ester modified SnO2 was more selective than acid modified sensor regarding the ethanol and carbon monoxide gases. Ammonia variates the attached molecular layer’s dipole moment which leads to change in SnO2 conductance. Working at ambient temperature is also one of the advantages of these sensors in addition to the selectivity to ammonia regarding other gases such as ethanol, carbon monoxide and acetone.

Cette étude est dédiée au développement d’une anode pour une pile à combustible SOFC monochambre. Ce dispositif ne présente pas de séparation physique entre les compartiments anodique et cathodique, contrairement à une pile conventionnelle. Un mélange contenant de l’oxygène et un hydrocarbure est directement injecté sur l’ensemble du dispositif comprenant électrolyte, anode et cathode. La cathode doit être sélective à la réduction de l’oxygène et l’anode à l’oxydation de l’hydrocarbure. Ce dispositif permet donc de s’affranchir des problèmes d’étanchéité des dispositifs conventionnels mais les matériaux d’électrode doivent répondre à des critères catalytiques restrictifs. L’étude a été réalisée avec une anode de type cermet composée de nickel et d’oxyde de cérium gadolinié (CGO). L’hydrocarbure choisi est le propane. L’objectif du travail est de comprendre les phénomènes physico-chimiques se produisant à l’anode afin d’optimiser les conditions de fonctionnement de la pile monochambre, sous mélange O2 / C3H8. Pour cela, les propriétés catalytiques des poudres de nickel et de CGO ont été déterminées en fonction de la température et du rapport O2 / C3H8. Après avoir optimisé les paramètres de préparation des anodes par sérigraphie sur électrolyte support (CGO), des mesures de conductivité électrique par méthode Van der Pauw ont été réalisées également sous différents mélanges O2 / C3H8 en fonction de la température. La confrontation des résultats (propriétés catalytiques et électriques) a permis de mettre en évidence l’existence d’une température limite de fonctionnement, qui dépend du rapport O2 / C3H8. En-dessous de cette température limite, le nickel s’oxyde et l’anode catalyse principalement l’oxydation totale du propane. Au-dessus de cette température limite, le nickel reste sous la forme métallique et catalyse préférentiellement l’oxydation partielle du propane. Ces résultats sont également corroborés à des calculs thermodynamiques, qui mettent en évidence que la réaction préférentielle à basse température est l’oxydation du nickel. Des phénomènes d’oscillations de la conductivité électrique et de la température ont permis de proposer un mécanisme réactionnel basé sur le dépôt et l’oxydation de carbone. Enfin, des dispositifs complets monochambre ont été élaborés en utilisant une cathode BSCF (Ba0,5Sr0.5Co0,8Fe0,2O3) et testés. / This work is devoted to the development of a single chamber SOFC. Unlike a conventional SOFC, this type of fuel cell has no physical separation between the anodic and cathodic compartments. An oxygen and hydrocarbon mixture is injected directly on the overall fuel cell, including the electrolyte, the anode and the cathode. The cathode must have a high selectivity to the oxygen reduction, and the anode to the hydrocarbon oxidation. This device allows to avoid the conventional devices sealing problems, but the electrodes materials must fit with restrictive catalytic criterions. The study has been conducted with a cermet anode type, composed of nickel and gadolinia doped ceria (CGO). The selected hydrocarbon was the propane. The goal of this work is to understand physico-chemical processes taking place at the anode in order to optimize the operating conditions of the fuel cell, in an O2 / C3H8 mixture. The catalytic properties of nickel and CGO powders were determined as a function of temperature and O2 / C3H8 ratio. After optimization of the anode screen-printing conditions preparation on a CGO support, electrical measurements were done using the Van der Pauw method under different O2 / C3H8 mixtures as a function of temperature. The results of catalytic and electrical measurements show a limiting operating temperature, which depends on the O2 / C3H8 ratio. Below this limiting temperature, the nickel is oxidized and principally catalyses the total oxidation of the propane. Above this limiting temperature, nickel remains into its metallic state and preferentially catalyses the partial oxidation of the propane. These results are also corroborated to thermodynamics calculations, which show that at low temperature, the oxidation of nickel is the most favourable reaction. Some oscillations of the conductivity have been observed. Oscillations of electrical conductivity and temperature allowed proposing a reaction mechanism based on carbon deposition and oxidation. Finally, complete single chamber devices have been elaborated using a BSCF (Ba0,5Sr0.5Co0,8Fe0,2O3) cathode and tested.