On a global scale, the deployment of wind power plants is soaring. However, the availability of their construction materials could be a potential bottleneck, a problem rarely discussed in literature so far. Rare earth elements represent the most critical materials in terms of high economic importance, supply risk and environmental risk. This study therefore provides a market analysis of rare earths, ascertaining that geological scarcity is not the main problem. Instead, four kinds of market failure are identified: market power, co-production, by-production and negative externalities. Altogether, the market for rare earth metals is in a state of severe disequilibrium. Subsequently, an estimate of future rare earth demand patterns based on the wind power industry by 2050 reveals that the current level of supply is unlikely to be sufficient in the long run. To allow for a more elaborate analysis, two options of including a rare earth side condition in an integrated assessment model are finally suggested.

This thesis gives a detailed overview about the electronic and magnetic structure of three different kinds of 3d-transition metal based materials with potential for possible future applications. The presented materials are a series of “high-k” rare-earth scandates, RScO3 (R=Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy), the muliferroic layered oxide LuFe2O4, and three iron-based magnetic polyoxometalates of the type {(M)M5}Fe30 (M =Mo,W). The samples are examined by several different x-ray spectroscopic techniques and complementary theoretical approaches, namely multiplet calculations and first principles electronic structure calculations, respectively. The occupied electronic states are determined by photoelectron spectroscopy (XPS) and x-ray emission spectroscopy (XES). The unoccupied states are investigated by x-ray absorption spectroscopy (XAS). X-ray magnetic circular dichroim (XMCD) is used to get the element specific magnetic moment of the materials, and these results are compared to SQUID measurements.

Zielstellung dieser Arbeit ist die experimentelle Aufklärung und computergestützte Simulation von Phasengleichgewichten im binären System Kupfer-Sauerstoff und im quaternären System Eisen-Samarium-Zirkonium-Molybdän. Damit wird ein Beitrag zu Phasendiagrammen in den Stoffgruppen der keramischen Materialien und der Seltenerd-basierenden magnetischen Materialien geleistet. Zur Charakterisierung der einzelnen Systeme und ihrer Subsysteme nach der CALPHAD-Methode werden die Stöchiometrie der einzelnen Phasen, ihre Phasenanteile in den jeweiligen Legierungen sowie ihre druckabhängige und thermische Stabilität unter angenäherten Gleichgewichtsbedingungen betrachtet. Zusammen mit den kristallographischen und magnetischen Eigenschaften der Phasen ergeben sich daraus thermodynamische Modelle, die durch ihre parametrisierte Darstellungsweise eine Optimierung an die jeweiligen experimentellen Befunde gestatten. Durch Extra- und Interpolation der so gewonnenen Zustandsfunktionen der einzelnen Phasen ergibt sich ein möglichst weitgehendes Bild aller wesentlichen, das stoffliche Gesamtsystem charakterisierenden thermodynamischen Zustände, welches auch über die experimentellen Einschränkungen hinaus noch Aussagen über die Phasenkonstitution, etwa die Primärkristallisation von Phasen bei hohen Drücken und Temperaturen sowie die Phasenstabilität in höherkomponentigen Systemen, ermöglicht. Schließlich werden die thermodynamischen Funktionen in einer Datenbank zusammengefasst, womit auch die Möglichkeit ihrer Weiterverwendung in anderen Systemen besteht. Die Arbeit kann in den Bereich der Grundlagenuntersuchungen zu den behandelten Stoffsystemen mit werkstoffwissenschaftlichem Hintergrund eingeordnet werden.

On a global scale, the deployment of wind power plants is soaring. However, the availability of their construction materials could be a potential bottleneck, a problem rarely discussed in literature so far. Rare earth elements represent the most critical materials in terms of high economic importance, supply risk and environmental risk. This study therefore provides a market analysis of rare earths, ascertaining that geological scarcity is not the main problem. Instead, four kinds of market failure are identified: market power, co-production, by-production and negative externalities. Altogether, the market for rare earth metals is in a state of severe disequilibrium. Subsequently, an estimate of future rare earth demand patterns based on the wind power industry by 2050 reveals that the current level of supply is unlikely to be sufficient in the long run. To allow for a more elaborate analysis, two options of including a rare earth side condition in an integrated assessment model are finally suggested.

Die Wasserverschmutzung durch Seltenen Erden (REEs) und Schwermetallen verursacht viele Probleme für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Daher ist der Nachweis solcher Elemente von hoher Priorität. Derzeit verwendete Methoden haben einige Nachteile, wie hohe Messkosten, beschränke Selektivität, komplexe Handhabung oder der Bedarf von hochqualifiziertem Personal für die Probenanalyse. Die Kombination von biologischen Komponenten und Nanomaterialien zur Sensorentwicklung bietet eine Möglichkeit diese Nachteile ausgleichen. Mikroorganismen haben evolutionäre Strategien entwickelt, um sich vor toxischen Schwermetallen zu schützen, z.B durch Binden der Metallionen an ihrer Zelloberfläche mit speziellen Oberflächenproteinen (S-Layer). Diese bestehen aus einer Monolage identischer (Glyco-) Proteine, die sich selbst assemblieren und eine hochgeordnete kristalline Struktur unterschiedlicher Symmetrie bilden können. Studien haben die Bindung von Metallionen (einschließlich REEs) durch S-Layer-Proteine gezeigt. In dieser Dissertation wurden drei Nanomaterialien (Goldnanopartikel (AuNPs), planare Goldoberflächen und Nanodiamanten (NDs)) mit acht verschiedene S-Layer-Proteinen beschichtet. Ziel war die Entwicklung von Biohybrid-Sensor-Systemen für die Detektion von bis zu 12 Metallionen in Wasser. Ein kolorimetrisches Sensorsystem mit biofunktionalisierten AuNPs zur Detektion von REEs und Schwermetallen, einschließlich der aktuell vermehrt auftretenden Schadstoffe Lanthan und Gadolinium, wurde etabliert. Die Nachweisgrenzen lagen im Bereich vergleichbarer AuNPs-Systeme zum Nachweis von Schwermetallen, während die Slayer-AuNP-Biohybride ein breiteres Spektrum von Metallionen detektieren konnten. Das Screening aller acht S-Layer-AuNP-Biohybride mit 12 Metallsalzlösungen ergab charakteristische Wechselwirkungsmuster für jede der Kombinationen und ermöglichte den spezifischen Nachweis einer einzelnen Metallionenspezies in unbekannten Lösungen. Eine Kosten- und Ressourcenoptimierung ist über die Lagerung bis zu drei Monate und Wiederverwendbarkeit gegeben. Auf planaren Goldoberflächen ermöglichten die SPR-Spektroskopie die Messung der Adsorption von S-Layer-Proteinen, sowie die anschließende Detektion von CuSO4, NiCl2 und YCl3. Die Detektionslimits lagen dabei unter den kolorimetrischen Biohybridsystemen. Die SPR-Chips wurden erfolgreich regeneriert und für mehrere Funktionalisierungen mit S-Layer-Proteinen wiederverwendet. Das S-Layer-Protein SslA von S. ureae ATCC 13881 wurde erstmals an NDs adsorbiert. Die NDs/SslA-Biohybride wurden zur Detektion von CuCl2 und NiCl 2 verwendet, indem die Agglomeration und das Fluoreszenzquenching gemessen wurden. Es hat sich gezeigt, dass die vorgestellten Systeme viele der Nachteile ausgleichen, die mit derzeit verwendeten Systemen verbunden sind. Sie detektieren eine Vielzahl von Metallionen und minimieren so den Bedarf für mehrere Methoden. Die Nachweisgrenzen waren vergleichbar mit aktuellen kolorimetrischen und chemischen Kit-Systemen. Die S-layer-AuNPs und NDs/S-layer-Biohybride waren schnell und einfach zu handhaben, wodurch der Bedarf an hochqualifiziertem Messpersonal minimiert werden kann. Darüber hinaus führt die Verwendung von kostengünstigen Materialien wie NDs und die Wiederverwendbarkeit der Biohybride zu einem ressourceneffizienten und kostengünstigen Nachweissystem. Diese Dissertation hat das enorme Potenzial von S-Layer-Proteinen für den Nachweis von REEs und Schwermetallen in Wasser unter Verwendung verschiedener Nachweissysteme wie kolorimetrischer AuNPs-Assays, SPR-Spektroskopie und NDs gezeigt. / The pollution of aqueous systems with rare earth elements (REEs) and heavy metals causes serious problems for environmental and human health. Therefore, the detection of such elements is of uttermost importance. Currently used methods have some disadvantages, such as high measurement costs, limited selectivity, complex sample handling, or the need for highly qualified personnel for sample analysis. The combination of biological components and nanomaterials for sensor development offers a way to offset these disadvantages. Microorganisms have developed strategies to protect themselves from heavy metal toxicity, e.g. by binding the metal ions on their cell surface with special Surface layer (S-layer) proteins. They consist of a monolayer of identical (glyco-) proteins, which can self-assemble and form a highly ordered crystalline structure of varying symmetry. Studies on the heavy metal binding of S-layer proteins have demonstrated their affinity for metal ions, including REE. The combination of nanomaterials with S-layer proteins enables the development of new sensors for these elements. Within this dissertation several nanomaterials in combination with S-layer proteins were investigated to obtain sensors for REEs and heavy metals. Eight different S-layer proteins were used to functionalize AuNPs, flat gold surfaces and nanodiamonds (NDs) for the detection of up to 12 metal ions in water. Colorimetric sensor systems with biofunctionalized AuNPs for the detection of REE and heavy metals, including the newly emerging pollutants lanthanum and gadolinium, were established. The detection limits of reference measurements and spiked tapwater samples were in the range of comparable AuNPs systems for the detection of heavy metals, while offering a broader range of metal ions to detect. The screening of all eight S-layer-AuNP biohybrids with 12 metal ions revealed specific interaction patterns for each of the combinations. The optimization cost and resource is achieved by storage up to three months and reusability of the S-layer-AuNP biohybrids. Surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy enabled the measurement of S-layer proteins binding to flat gold surfaces, resulting in a stable protein layer used for the subsequent detection of CuSO4, NiCl2 and YCl3. The SPR chips were succesfully regenerated and reused for multiple functionalizations with S-layer proteins. The S-layer protein SslA from S. ureae ATCC 13881 was successfully adsorbed to the pristine NDs by physical conjugation. The NDs/SslA conjugates were used for the detection of CuCl2 and NiCl2, by measuring the agglomeration of the NDs and fluorescence quenching. The presented systems compensate many of the disadvantages associated with currently used techniques. They detect a broad variety of metal ions, minimizing the need for multiple methods. The detection limits were comparable to current colorimetric and chemical kit systems. The S-layer-AuNPs and NDs/S-layer biohybrids were quick and easy to handle, minimizing the need for highly qualitified personnel. In addition, the use of cost-effective materials such as NDs and the reusability of the biohybrids results in resource-efficient and cost-effective sensor systems. This project has shown the tremendous potential of S-layer proteins for the detection of REE and metal ions in water, by utilizing different detection systems like colorimetric AuNPs assays, SPR spectroscopy and NDs.

Diese Arbeit befasst sich mit den Untersuchungen an Defekten in optischen Materialien die in der Lithographie verwendet werden, speziell mit der Spektroskopie der Verunreinigungen im Kalziumfluorid. Zum einen werden die Eigenschaften der Sauerstoffdefekte in dotierten Proben untersucht, zum anderen werden die Ionen der seltenen Erden in nominal reinen Proben unterschiedlicher Herkunft identifiziert. Die Mechanismen der Aggregatbildung, Dissoziation und der Rekombination so wie die Reaktionsprodukte des Sauerstoffs wurden experimentell belegt und mit Ergebnissen der anderen Autoren verglichen. Bei den nominal reinen Proben konnte anhand der Zusammensetzung des Defektenhaushaltes der seltenen Erden Rückschlüsse auf Herkunft des Materials und Herstellungsbesonderheiten gemacht werden. Es konnte gezeigt werden, dass auch nominal reines Kalziumfluorid den Sauerstoff in Form von Aggregaten enthält.

Bereits kurz nach Ende des zweiten Weltkriegs, als vergleichsweise große Mengen hochreiner Seltener Erden (SE) für die Wissenschaft bereit standen, wurde erkannt, dass die SE und deren Verbindungen eine Vielzahl bis dahin nicht untersuchter bzw. gänzlich unbekannter physikalischer Phänomene bergen. Zu diesen zählen insbesondere die magnetischen Ordnungen, der KONDO-Effekt, quantenkritische Punkte, das Schwere-Fermionen Verhalten und die Supraleitung. Es konnte teilweise ein drastischer Einfluss leichter Änderungen der chemischen Zusammensetzung auf die physikalischen Eigenschaften dieser Stoffe beobachtet werden. Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bilden die detaillierte röntgenographische Aufklärung der Kristallstruktur sowie die Untersuchung des Einflusses dedizierter Variationen der chemischen Zusammensetzung auf Struktur und Eigenschaften wichtiger Vertreter dieser Substanzklasse. Ein besonderer Akzent liegt hierbei auf der Charakterisierung von modulierten Kristallen. Für die Aufklärung der Struktur wird ein breites Spektrum physikalischer Messmethoden, insbesondere die Röntgendiffraktometrie, eingesetzt. Vorgestellt werden orientierte Fremdphaseneinschlüsse im System Y-Ni-B-C, die Ausbildung inkommensurabel geordneter Vakanzen im System Ce-Si, der Einbau von Stapelfehlern sowie eine kommensurable Ordnung von Übergangsmetall-Atomen (ÜM) im System SE-ÜM-Si und eine lagenspezifische Besetzung im System Y-Mn-Fe-O, deren Aufklärung erstmals berichtet wird. Es wird gezeigt, welche Konsequenzen die strukturellen Besonderheiten für ausgewählte physikalische Eigenschaften zur Folge haben. Diese Arbeit hat das Ziel, einen Überblick über die möglichen „Antworten“ der Kristallstruktur der Seltenerd-Übergangsmetall-Verbindungen auf Variationen der chemischen Zusammensetzung zu geben. / Even shortly after World War II, as large amounts of ultrapure rare earths (RE) became available for scientific research, a large reservoir of peculiar phenomena was uncovered. These had not been investigated before or were completely unknown. Examples of these phenomena are, magnetic ordering, the KONDO effect, quantum critical points, heavy fermion behaviour, as well as superconductivity. A strong influence of small variations of the chemical composition on the physical properties had been observed. The main focus of the present thesis is the detailed elucidation of the crystal structure of fundamental representatives of this class of substances, as well as the influence of dedicated variations of the chemical composition on their structure and properties. In particular, the characterisation of modulated crystals is an important facet. A large spectrum of physical methods, especially X-ray diffraction, is employed in the investigations. Results on oriented intergrowth in the Y-Ni-B-C system, incommensurately ordered vacancies in the Ce-Si system, incorporation of stacking faults as well as commensurately ordered transition metal atoms (TM) in the RE-TM-Si system and site specific occupancy in the Y-Mn-Fe-O system are presented. Their elucidation is reported for the first time. It will be shown which consequences the structural peculiarities will have on the physical properties. An objective of this thesis is to give an overview of the possible “answers“ that can be obtained with regard to the influence of the crystal structure of rare earth transition metal compounds on deviations of the chemical composition.

In dieser Arbeit wurde der Einsatz von Amberlite XAD 7 HP imprägniert mit Di-(2-ethylhexyl)phosphorsäure als Solvent imprägniertes Harz für die Trennung von Ionen Seltener Erdelemente in einer Trennsäule untersucht. Mittels Batchversuchen wurden die Extraktionsisothermen und Extraktionskinetiken für verschiedene Seltene Erdelemente an imprägniertem Amberlite XAD 7 HP bestimmt und der Einfluss der Amberlitepartikelgröße auf diese Isothermen und Kinetiken untersucht. Versuche an der Trennsäule zeigten einen großen Einfluss des Volumenstroms des Elutionsmittels und der Amberlitepartikelgröße auf den Trennerfolg eines binären Gemischs Seltener Erdelemente. Im Gegensatz zu den unzerkleinerten Amberlitepartikeln ist es durch den Einsatz von zerkleinerten Amberlitepartikeln möglich gewesen, ein Cerium-Lanthan-Gemisch zu trennen. Die Regenerationsfähigkeit und die Wiederverwendbarkeit des hergestellten Solvent imprägnierten Harzes konnte gezeigt werden.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Zielstellung .............................................................................. 1 2 Stand von Wissenschaft und Technik ............................................................. 3 2.1 Seltene Erdelemente ................................................................................ 3 2.1.1 Vorkommen und Anwendungsgebiete von Seltenen Erdelementen .. 4 2.1.2 Chemische und physikalische Eigenschaften von Seltenen Erdelementen ..................................................................................... 7 2.1.3 Abbau und Aufbereitung von Seltenen Erdelementen ..................... 10 2.1.4 Verfahren für die Trennung von Gemischen Seltener Erdelemente . 11 2.1.5 Alternative und umweltschonendere Verfahren für die Trennung von Gemischen Seltener Erdelemente ............................................. 18 2.2 Zerkleinern von polymeren Materialien .................................................. 22 2.2.1 Zerkleinerung von Ionentauschern in verschiedenen Mühlen .......... 23 2.2.2 Zerkleinern von polymeren Ionentauscherpartikeln in einer Trommelmühle ................................................................................. 25 2.3 Adsorptionsisotherme/Extraktionsisotherme .......................................... 27 2.4 Einführung in die Extraktionschromatographie ....................................... 31 2.4.1 Grundlagen der Extraktionschromatographie ................................... 32 2.4.2 Solvent imprägnierte Harze und Levextrel-Harze - spezielle Formen von Trägermaterialien ......................................................... 45 2.4.2.1 Herstellung und Eigenschaften von Solvent imprägnierten Harzen ................................................................................. 47 2.4.2.2 Eigenschaften und Herstellung von Levextrel-Harzen .......... 51 2.4.2.3 Einsatz von Solvent imprägnierten Harzen und LevextrelHarzen in der Metallextraktion ............................................. 52 2.4.2.4 Probleme bei dem Einsatz von Solvent imprägnierten Harzen ................................................................................. 56 IV 2.4.3 Einfluss der Struktur des Trägermaterials und der Arbeitsbe- dingungen auf die Trennleistung einer Trennsäule .......................... 57 2.4.4 Einsatz der Extraktionschromatographie für die Trennung von Gemischen Seltener Erdelemente ................................................... 60 2.4.5 Mechanismus bei der Trennung von Seltenen Erdelementen mittels Extraktionschromatographie und D2EHPA ............................ 64 3 Experimentelles Arbeiten .............................................................................. 67 3.1 Verwendetet Materialien ......................................................................... 67 3.1.1 Trägermaterialien ............................................................................. 67 3.1.2 Stationäre Phase.............................................................................. 71 3.1.3 Seltene Erdelemente ........................................................................ 72 3.2 Verwendete Apparaturen und Messgeräte ............................................. 72 3.2.1 Messmethoden für die Partikelcharakterisierung ............................. 72 3.2.2 Bestimmung der Elementkonzentration von wässrigen Proben mittels ICP OES ............................................................................... 75 3.2.3 Aufbau und Funktionsweise der Trennsäule .................................... 79 3.3 Durchführung von Versuchen zur Charakterisierung der Extraktionsmaterialien und zur Trennung binärer Gemische Seltener Erdelemente ..... 82 3.3.1 Waschung von Amberlite XAD 7 HP ................................................ 84 3.3.2 Zerkleinern und Klassieren von Amberlite XAD 7 HP ...................... 84 3.3.3 Imprägnierung von Amberlite XAD 7 HP .......................................... 85 3.3.4 Batchversuche zur Ermittlung geeigneter Parameter, Extraktionskinetiken, Extraktionskapazitäten und Säurekonzentrationen .......... 86 3.3.5 Trennung von Ionen Seltener Erdelemente mittels Trennsäule ....... 89 3.3.6 Prüfung auf Reproduzierbarkeit der Versuche an der Trennsäule ... 93 3.3.7 Prüfung auf Wiederverwendbarkeit des Extraktionsmaterials .......... 93 3.3.8 Hydrophobierung von hydrophilen Oberflächen ............................... 94 4 Ergebnisse .................................................................................................... 96 4.1 Zerkleinerung des Trägermaterials Amberlite XAD 7 HP ....................... 96 V 4.2 Reaktionsmechanismus von Ionen Seltener Erdelemente bei der Extraktion ............................................................................................. 100 4.3 Imprägnierung des Trägermaterials Amberlite XAD 7 HP .................... 101 4.4 Charakterisierung des Trägermaterials Amberlite XAD 7 HP vor und nach der Imprägnierung mit D2EHPA ................................................... 103 4.4.1 Unzerkleinertes Trägermaterial Amberlite XAD 7 HP ..................... 103 4.4.2 Zerkleinertes Trägermaterial Amberlite XAD 7 HP ......................... 107 4.4.3 Auswertung der 3D-Röntgenmikroskopie einer mit Neodym beladenen Amberliteschüttung ........................................................... 110 4.5 Vorversuche zur Ermittlung von geeigneten Versuchsparametern und zur Bestimmung der Kapazitäten des Extraktionsmaterials ........... 112 4.5.1 Ermittlung des optimalen pH-Werts für die Trennung von Ge- mischen Seltener Erdelemente ...................................................... 112 4.5.2 Ermittlung der optimalen Schüttelzeit für maximale Extraktionskapazitäten ..................................................................................... 113 4.5.3 Extraktionskinetik ........................................................................... 115 4.5.4 Ermittlung von Extraktionsisothermen ausgewählter Seltener Erdelemente ................................................................................... 118 4.5.5 Bestimmung der Trennfaktoren von binären Gemischen Seltener Erdelemente mittels imprägniertem Amberlite XAD 7 HP .............. 124 4.5.6 Variation der Stoffmengenkonzentration des Elutionsmittels Salzsäure für die Trennung von Gemischen Seltener Erdelemente ..... 127 4.5.7 Typische Störkomponenten ........................................................... 129 4.6 Charakterisierung der Trennsäule ........................................................ 130 4.6.1 Überprüfung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ..................... 131 4.6.2 Variation des Volumenstroms der mobilen Phase in der Trennsäule ..................................................................................... 132 4.6.3 Prüfung der Wiederverwendbarkeit des Extraktionsmaterials ........ 137 4.6.4 Lokale Masseverteilung der Seltenen Erdelemente in der Trennsäule ..................................................................................... 140 VI 4.7 Trennung binärer Gemische Seltener Erdelemente mittels unzerkleinertem imprägniertem Amberlite XAD 7 HP ........................... 146 4.8 Trennung binärer Gemische Seltener Erdelemente mittels zer- kleinertem imprägniertem Amberlite XAD 7 HP .................................... 152 4.9 Untersuchung zum Trennverhalten eines Eisen-Lanthan-Gemischs (mögliche Störkomponenten) ............................................................... 159 4.10 Weitere Trägermaterialien .................................................................... 162 4.10.1 Lewatit VP OC 1026 ....................................................................... 162 4.10.2 Celite-512 ....................................................................................... 169 4.10.3 Divergan RS ................................................................................... 171 4.10.4 Vergleich aller eingesetzten Trägermaterialien .............................. 173 5 Zusammenfassung und Ausblick ................................................................ 175 6 Literaturverzeichnis ..................................................................................... 178 Abbildungsverzeichnis .................................................................................... 197 Tabellenverzeichnis ........................................................................................ 208 Anhang ........................................................................................................... 210

Die 17 Elemente der Seltenen Erden sind Bestandteil vieler Hochtechnologieprodukte, wie Elektromotoren, Spezialgläsern oder Katalysatoren, dennoch liegt die Recyclingrate aus End-of-Life-Produkten derzeit unter 1 %. Mit der Feststoffchlorierung wurde im Rahmen dieser Arbeit eine chemikalien- und kostensparende Methode für den Aufschluss Seltener Erden aus Leuchtstoff- und Magnetabfällen untersucht. Dabei wurden die gemahlenen Edukte mit NH4Cl vermischt und anschließend im Drehrohrofen erhitzt. Durch thermische Zersetzung des NH4Cl wird HCl- und NH3-Gas freigesetzt. Ersteres überführt die Seltenen Erden in die wasserlöslichen Metallchloride, während der NH3 im Prozess als Lösung in 5N-Reinheit anfiel. Die Seltenerdausbeuten lagen je nach Ausgangsstoff zwischen 83,9 und 99,9 %. Die Optimierung der Feststoffchlorierung erfolgte anhand statistischer Versuchspläne, wodurch neue, überraschende Erkenntnisse im Hinblick auf Reaktionsverläufe, Selektivitäten und Prozessführung gewonnen werden konnten.

Bereits kurz nach Ende des zweiten Weltkriegs, als vergleichsweise große Mengen hochreiner Seltener Erden (SE) für die Wissenschaft bereit standen, wurde erkannt, dass die SE und deren Verbindungen eine Vielzahl bis dahin nicht untersuchter bzw. gänzlich unbekannter physikalischer Phänomene bergen. Zu diesen zählen insbesondere die magnetischen Ordnungen, der KONDO-Effekt, quantenkritische Punkte, das Schwere-Fermionen Verhalten und die Supraleitung. Es konnte teilweise ein drastischer Einfluss leichter Änderungen der chemischen Zusammensetzung auf die physikalischen Eigenschaften dieser Stoffe beobachtet werden. Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bilden die detaillierte röntgenographische Aufklärung der Kristallstruktur sowie die Untersuchung des Einflusses dedizierter Variationen der chemischen Zusammensetzung auf Struktur und Eigenschaften wichtiger Vertreter dieser Substanzklasse. Ein besonderer Akzent liegt hierbei auf der Charakterisierung von modulierten Kristallen. Für die Aufklärung der Struktur wird ein breites Spektrum physikalischer Messmethoden, insbesondere die Röntgendiffraktometrie, eingesetzt. Vorgestellt werden orientierte Fremdphaseneinschlüsse im System Y-Ni-B-C, die Ausbildung inkommensurabel geordneter Vakanzen im System Ce-Si, der Einbau von Stapelfehlern sowie eine kommensurable Ordnung von Übergangsmetall-Atomen (ÜM) im System SE-ÜM-Si und eine lagenspezifische Besetzung im System Y-Mn-Fe-O, deren Aufklärung erstmals berichtet wird. Es wird gezeigt, welche Konsequenzen die strukturellen Besonderheiten für ausgewählte physikalische Eigenschaften zur Folge haben. Diese Arbeit hat das Ziel, einen Überblick über die möglichen „Antworten“ der Kristallstruktur der Seltenerd-Übergangsmetall-Verbindungen auf Variationen der chemischen Zusammensetzung zu geben. / Even shortly after World War II, as large amounts of ultrapure rare earths (RE) became available for scientific research, a large reservoir of peculiar phenomena was uncovered. These had not been investigated before or were completely unknown. Examples of these phenomena are, magnetic ordering, the KONDO effect, quantum critical points, heavy fermion behaviour, as well as superconductivity. A strong influence of small variations of the chemical composition on the physical properties had been observed. The main focus of the present thesis is the detailed elucidation of the crystal structure of fundamental representatives of this class of substances, as well as the influence of dedicated variations of the chemical composition on their structure and properties. In particular, the characterisation of modulated crystals is an important facet. A large spectrum of physical methods, especially X-ray diffraction, is employed in the investigations. Results on oriented intergrowth in the Y-Ni-B-C system, incommensurately ordered vacancies in the Ce-Si system, incorporation of stacking faults as well as commensurately ordered transition metal atoms (TM) in the RE-TM-Si system and site specific occupancy in the Y-Mn-Fe-O system are presented. Their elucidation is reported for the first time. It will be shown which consequences the structural peculiarities will have on the physical properties. An objective of this thesis is to give an overview of the possible “answers“ that can be obtained with regard to the influence of the crystal structure of rare earth transition metal compounds on deviations of the chemical composition.