A new class of multimetallic hierarchical aerogels composed entirely of interconnected Ni‐PdxPty nano‐building‐blocks with in situ engineered morphologies and compositions is demonstrated. The underlying mechanism of the galvanic shape‐engineering is elucidated in terms of nanowelding of intermediate nanoparticles. The hierarchical aerogels integrate two levels of porous structures, leading to improved electrocatalysis performance.

Die Verstärkung von Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffen kann durch die Integration von Hartphasenpartikeln in die Matrix erreicht werden. Die Festigkeitssteigerung der Komposite ist abhängig davon, wie die Verstärkungsphase die einwirkenden Kräfte aufnehmen kann und zudem von den Auswirkungen der Verstärkungsphase auf das Werkstoffgefüge. Die Verfestigung wird zurückgeführt auf Versetzungsmultiplikation, Matrixpartitionierung und Orowan-Verstärkungseffekte. Die Festigkeit steigt durch Erhöhung des Volumenanteils der Verstärkungsphase sowie durch die Reduktion der Größe der Verstärkungsphase. Darüber hinaus kann die Festigkeitssteigerung von Verbundwerkstoffen durch eine Gefügemodifikation verbunden mit einer Reaktion zwischen Matrix und Verstärkungsphase erreicht werden. Die Festigkeitssteigerung kann auch durch die Schaffung harmonischer Strukturen, d.h. durch ein bimodales Gefüge, erfolgen. Dieses wird erzeugt durch kontrolliertes Mahlen der partikelförmigen Precursor-Phase, die dann aus grobkörnigen Kerngebieten bestehen, eingebettet in eine kontinuierliche feinkörnige Matrix. In dieser Arbeit werden Verbundwerkstoffe auf Aluminiumbasis durch Hochenergiemahlen und anschließender Konsolidierung durch Heißpressen hergestellt. Ausgehend von der in-situ Herstellung intermetallischer Verstärkungsphasen in Al-Mg-Verbundwerkstoffen werden außerdem in-situ Gefügemodifikationen in Al-Fe3Al-Verbundwerkstoffen betrachtet. Al-Fe3Al-Verbundwerkstoffe mit harmonischer Struktur konnten dabei erfolgreich hergestellt werden. Anschließend wurde der Einfluss der mikrostrukturellen Veränderungen auf die mechanischen Eigenschaften analysiert. Al-Mg-Metallmatrix-Verbundwerkstoffe werden aus den Pulvergemischen von elementarem Aluminium und Magnesium durch druckunterstütztes reaktives Sintern hergestellt. Das Ziel ist es, den Einfluss des anfänglichen Volumenanteils von Magnesium auf die mikrostrukturellen Veränderungen und die Entstehung der in-situ intermetallischen Verstärkungsphase zu analysieren. Zudem wird der Einfluss der Reaktion zwischen Aluminium und Magnesium und die damit verbundene Bildung der intermetallischen Phasen β-Al3Mg2 und γ-Al12Mg17 auf die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe untersucht. Die Bildung der intermetallischen Phasen verbraucht zunehmend Aluminium und Magnesium und bewirkt eine Verfestigung der Verbundwerkstoffe: Die Streckgrenze und die Druckfestigkeit steigen mit zunehmendem Gehalt an intermetallischer Verstärkungsphase auf Kosten der plastischen Verformung. In der nächsten Phase wird im Al-Fe3Al-System die Wirksamkeit der Reaktion zwischen Matrix und Verstärkungsphase als festigkeitssteigernde Maßnahme zur weiteren Verbesserung der mechanischen Eigenschaften untersucht. Dafür werden transformierte und nicht-transformierte Verbundwerkstoffe durch Heißpressen bei unterschiedlichen Temperaturen hergestellt. Phasenanalyse und mikrostrukturelle Charakterisierung der transformierten Verbundwerkstoffe zeigten die Bildung der intermetallischen Phasen Al5Fe2 und Al13Fe4, die als Verstärkungsphase mantelförmig um die die Fe3Al-Phase angeordnet sind. Die Al-Matrix wird dabei mit steigendem Anteil an Verstärkungsphase zunehmend verbraucht. Um die durch die Al-Fe3Al-Reaktion induzierte Phasenfolge zu analysieren, wurden Verbundwerkstoffe, bestehend aus Al-Matrix und einem einzigen mm-großen Fe3Al-Partikel durch Heißpressen bei 823, 873 und 903 K synthetisiert. Die Gefüge- und Phasenanalyse deuten darauf hin, dass die In-situ-Phasenumwandlung durch atomare Diffusion von Aluminium in Fe3Al erfolgt und die Bildung von in-situ intermetallischen Phasen (Al5Fe2 und Al13Fe4) ausschließlich innerhalb der ursprünglichen Fe3Al-Partikel stattfindet. Die Phasenumwandlung beim Heißpressen führt zu einer signifikanten Festigkeitssteigerung: Die Streckgrenze und die Druckfestigkeit erhöhen sich von 70-360 MPa und 200-500 MPa für die nicht umgewandelten Verbundwerkstoffe auf 400-1800 MPa und 550-1800 MPa für die umgewandelten Materialien. Damit verbunden ist jedoch auch eine verringerte plastische Verformbarkeit in den umgewandelten Kompositen. Die Streckgrenze von transformierten und nicht transformierten Verbundwerkstoffen folgt dem Iso-Stress-Modell, wenn die charakteristischen strukturellen Merkmale (d.h. Verstärkungsphasen und Matrix) berücksichtigt werden. Schließlich wird das Konzept der harmonischen Strukturen für Metallmatrix-Verbundwerkstoffe erweitert, indem die Wirksamkeit solcher bimodaler Gefüge als Verstärkungsmethode für Verbundwerkstoffe aus einer reinen Al-Matrix verstärkt mit Fe3Al-Partikeln betrachtet wird. Ziel der Studie ist es, die Gefügeveränderungen zu untersuchen, die durch das Hochenergiemahlen der Al-Fe3Al-Verbundpulvermischungen induziert werden. Weiterhin soll der Einfluss des so veränderten Gefüges auf das mechanische Verhalten der durch Heißpressen synthetisierten Verbundproben charakterisiert werden. Die beabsichtigte Kornfeinung beschränkt sich auf die Oberfläche der Partikel, wo die Fe3Al-Phase während der Kugelmahlung der Al-Fe3Al-Verbundpulvermischungen nach und nach fragmentiert wird. In den bei der anschließenden Pulverkonsolidierung erzeugten harmonisierten Kompositen wird die feinkörnige Oberfläche zur kontinuierlichen feinkörnigen Matrix, die Makroregionen mit grobkörnigen Verstärkungspartikeln umschließt. Die Erzeugung der bimodalen Gefüge hat einen signifikanten Einfluss auf die Festigkeit der harmonischen Verbundwerkstoffe, die die des konventionellen Materials um den Faktor 2 übertrifft, ohne die plastische Verformbarkeit zu beeinträchtigen. Zudem zeigt die Modellierung der mechanischen Eigenschaften, dass die Festigkeit der harmonischen Verbundwerkstoffe genau beschrieben werden kann, indem sowohl der Volumenanteil der Verstärkungsphase als auch die charakteristischen Gefügemerkmale der harmonischen Struktur berücksichtigt werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Pulvermetallurgie (d.h. Hochenergiemahlen mit anschließendem Heißpressen) erfolgreich eingesetzt werden kann, um hochfeste Verbundwerkstoffe auf Aluminiumbasis mit intermetallischer Verstärkungsphase herzustellen. Die Ergebnisse zeigen, dass durch Phasenumwandlung und durch die Anordnung von Verstärkungsphasen hervorgerufene Gefügeveränderungen die Festigkeit der Verbundwerkstoffe signifikant erhöht werden kann. Die Festigkeit und Verformbarkeit der so erzeugten Komposite hängt vom Volumenanteil und der Anordnung der Verstärkungsphase sowie der Grenzflächenreaktion zwischen den Ausgangskomponenten ab. / The strengthening of aluminum matrix composites can be achieved by incorporating hard phase particles in the matrix. The strengthening of the composites depends on the ability of the reinforcement to bear the load and on the microstructural changes induced by the reinforcement addition. The microstructural strengthening is mainly associated with dislocation multiplication, matrix partitioning and Orowan strengthening effects. The strength increases by increasing the reinforcement volume fraction as well as by reducing the size of the reinforcing particles. Additionally, strengthening of composites can be achieved by microstructural modifications through the proper reaction between matrix and reinforcement. Strengthening can also be efficiently attained by the creation of harmonic structures: bimodal microstructures generated by controlled milling of the particulate precursors, which consist of coarse-grained cores embedded in a continuous fine-grained matrix. In this thesis, aluminum based composites are synthesized using ball milling followed by consolidation through hot pressing. Starting from the in-situ creation of intermetallic reinforcements in Al-Mg composites, the research proceeds towards the in-situ microstructural modification in Al-Fe3Al composites. Finally, Al-Fe3Al composites with harmonic structure are successfully produced. The consolidated composites are characterized to analyze the effect of the microstructural changes on the mechanical properties. Lightweight Al-Mg metal matrix composites are synthesized from elemental powder mixtures of aluminum and magnesium using pressure-assisted reactive sintering. The aim is to analyze the effect of the initial volume percent of magnesium on the microstructural modifications and development of the in-situ intermetallic reinforcements. The effect of the reaction between aluminum and magnesium on the mechanical properties of the composites due to the formation of β-Al3Mg2 and γ-Al12Mg17 intermetallics is also investigated. The formation of the intermetallic compounds progressively consumes aluminum and magnesium and induces strengthening of the composites: the yield and compressive strengths increase with increasing the content of intermetallic reinforcement at the expense of the plastic deformation. In the next stage, the effectiveness of the reaction between matrix and reinforcement as a strengthening method for further improving the mechanical performance composites is investigated for the Al-Fe3Al system. To achieve this aim, transformed and non-transformed composites are produced by hot pressing at different temperatures. Phase analysis and microstructural characterization of the transformed composites reveal the formation of a double-shell-reinforcement with Al5Fe2 and Al13Fe4 intermetallics surrounding the Fe3Al phase, while the Al matrix is progressively consumed with increasing the reinforcement content. In order to analyze the phase sequence induced by the Al-Fe3Al reaction, composites consisting of Al matrix and a single mm-sized Fe3Al particle were synthesized through hot pressing at 823, 873 and 903 K. The microstructural investigations and phase identifications suggest that in-situ phase transformation occurs through atomic diffusion of aluminum in Fe3Al and the formation of in-situ intermetallics (Al5Fe2 and Al13Fe4) takes place exclusively within the original Fe3Al particles. The phase transformation during hot pressing induces significant strengthening: the ranges of yield and compressive strengths increase from 70-360 MPa and 200-500 MPa for the non-transformed composites to 400-1800 MPa and 550-1800 MPa for the transformed materials. This occurs at the expense of the plastic deformation, which is generally reduced in the transformed composites. The yield strength of both transformed and non-transformed composites follows the iso-stress model when the characteristic structural features (i.e. strengthening phases and matrix) are taken into account. At the end, the concept of harmonic structures is extended to metal matrix composites by analyzing the effectiveness of such bimodal microstructures as a strengthening method for composites consisting of a pure Al matrix reinforced with Fe3Al particles. The purpose of the study is to examine the microstructural variations induced by ball milling of the Al-Fe3Al composite powder mixtures and how such variations influence the resulting microstructure and mechanical response of the bulk composite specimens synthesized by hot-pressing. Preferential microstructural refinement limited to the surface of the particles, where the Fe3Al phase is progressively fragmented, occurs during ball milling of the Al-Fe3Al composite powder mixtures. The refined surface becomes the continuous fine-grained matrix that encloses macro-regions with coarser reinforcing particles in the harmonic composites synthesized during subsequent powder consolidation. The generation of the bimodal microstructure has a significant influence on the strength of the harmonic composites, which exceeds that of the conventional material by a factor of 2 while retaining considerable plastic deformation. Finally, modeling of the mechanical properties indicates that the strength of the harmonic composites can be accurately described by taking into account both the volume fraction of reinforcement and the characteristic microstructural features describing the harmonic structure. The results of the current research work demonstrate that powder metallurgy (i.e. ball milling followed by hot consolidation) can be successfully used to produce high strength aluminum based composites reinforced by intermetallics. The findings indicate that phase transformation and reinforcement arrangement based microstructural modifications can significantly enhance the strength of the composites. The strength and deformability of the composites depends on the volume fraction and arrangement of the reinforcement along with the interfacial reaction between the initial components.

Most density functionals lack to correctly account for long-range London dispersion interactions, and numerous a posteriori correction schemes have been proposed in recent years. In van der Waals structures, the interlayer distance controls the proximity effect on the electronic structure, and the interlayer interaction energy indicates the possibility to mechanically exfoliate a layered material. For upcoming twisted van der Waals heterostructures, a reliable but efficient and scalable theoretical scheme to correctly predict the interlayer distance is required. Therefore, the performance of a series of popular London dispersion corrections combined with computationally affordable density functionals is validated. As reference data, the experimental interlayer distance of layered bulk materials is used, and corresponding interlayer interaction energies are calculated using the random phase approximation. We demonstrate that the SCAN-rVV10 and PBE-rVV10L functionals predict interlayer interaction energies and interlayer distances of the studied layered systems within the range of the defined error limits of 10 meV per atom and 0.12 Å, respectively. Semi-empirical and empirical dispersion-corrected functionals show significantly larger error bars, with PBE+dDsC performing best with comparable quality of geometries, but with higher interlayer interaction energy error limits of ≈20 meV per atom.

Die Herstellung mehrfach gekrümmter großflächiger Tragwerke aus Beton erfordert komplexe Schalungskonstruktionen, die in der Regel material- und kostenaufwändig sind [2]. Durch die im Projekt durchgeführte Entwicklung und Erprobung von flexiblen Strukturen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) für den Schalungsbau in Kombination mit dem Einsatz von textilverstärktem Beton sollten diese Defizite behoben werden. [Aus: Ausgangsfragen und Zielsetzung] / The practical implementation of large-scale curved concrete elements requires complex formwork constructions, which are rather expensive and therefore reach their limits easily [2]. Flexible glass fibre reinforced plastic (GFRP) formwork to produce textile reinforced concrete elements, which was developed and tested within the project, is expected to eliminate those deficits. [Off: Initial question and objective]

Topological insulators (TIs) are semiconductors with protected electronic surface states that allow dissipation-free transport. TIs are envisioned as ideal materials for spintronics and quantum computing. In Bi14Rh3I9, the first weak 3D TI, topology presumably arises from stacking of the intermetallic [(Bi4Rh)3I]2þ layers, which are predicted to be 2D TIs and to possess protected edge-states, separated by topologically trivial [Bi2I8]2+ octahedra chains. In the new layered salt Bi12Rh3Cu2I5, the same intermetallic layers are separated by planar, i.e., only one atom thick, [Cu2I4]2- anions. Density functional theory (DFT)-based calculations show that the compound is a weak 3D TI, characterized by Z2 ¼ ð0; 0001Þ, and that the topological gap is generated by strong spin–orbit coupling (Eg,calc.~ 10 meV). According to a bonding analysis, the copper cations prevent strong coupling between the TI layers. The calculated surface spectral function for a finite-slab geometry shows distinct characteristics for the two terminations of the main crystal faces 〈001〉, viz., [(Bi4Rh)3I]2þ and [Cu2I4]2-. Photoelectron spectroscopy data confirm the calculated band structure. In situ four-point probe measurements indicate a highly anisotropic bulk semiconductor (Eg,exp.¼ 28 meV) with pathindependent metallic conductivity restricted to the surface as well as temperatureindependent conductivity below 60 K.

Concrete’s great vulnerability against impact demonstrates significant risks of injury for workers and occupants in all building types, especially existing concrete structures in which protection measures were not originally integrated. Beside the social and economic costs directly associated with impact accidents, the reconstruction or replacement of buildings damaged by impact negatively affects the environment and resources. In response to the increasing public concern for safety and sustainability, the DFG Research Training Group GRK 2250 is formed with the core aim to develop significant improvements in the impact resistance of existing concrete buildings by applying thin strengthening layers made of innovative mineral-bonded composites. The introduction of textile-based high-performance reinforcement is highly instrumental in realizing the required functions of thin mineral-bonded strengthening layers. Novel impact-resistant 3D reinforcement is developed on the basis of the innovative 3D cellular weaving technology in this dissertation. Woven 3D cellular structures are characterized by outstanding and customizable mechanical characteristics, owning to the flexible incorporation of elements with different materials and geometries both in in-plane and out-of-plane directions. Based on a systematic and partly iterative development process, impact-resistant woven 3D cellular reinforcements containing impact-load-oriented elements and impact-appropriate material combination are successfully designed and optimized. On the one hand, a series of experiments are conducted to capture the working mechanism of woven 3D cellular structure in mineral-bonded composites loaded under impact, and to understand the effects of critical structure features. On the other hand, feasible weave patterns and effective technological solutions are worked out and implemented to enable a reliable and low-damage manufacturing process. Through a series of impact experiments, it can be strongly evidenced that the developed 3D cellular reinforcement pronouncedly enhances the load bearing capacity, ductility and energy dissipation of mineral-bonded composite undergoing impact, thus, remarkably enhances its impact resistance. The development of impact-resistant woven 3D cellular reinforcements in this dissertation introduces a completely new and unique class of textile-based reinforcement for concrete, as well as mineral-bonded composites, with numerous benefits over the presently available reinforcing structures. A major advantage of the novel 3D cellular reinforcement is the capability to activate and exploit multiple energy dissipation mechanisms using both material and structure properties, through which remarkable impact resistance can be obtained. Thanks to a high degree of versatility and flexibility in material combination and structure design, in combination with a high degree of automation and flexibility of the weaving technology, impact-resistant woven 3D cellular reinforcement that is highly customized to specific impact scenarios can be produced with a significant time and cost efficiency. Furthermore, impact-resistant woven 3D cellular reinforcements possess an integral 3D architecture that ensures a high structure stability, allowing for a speedy casting process with a high placement-accuracy. On that basis, a reasonable production cost and a stable performance of designed functions can be obtained. The successful development of impact-resistant woven 3D cellular reinforcement essentially facilitates the successful creation of high-performance mineral-bonded strengthening layers, through the use of which the impact resistance of existing concrete structures, thus, their sustainable use, significantly enhances.:1 INTRODUCTION AND MOTIVATION 1 2 LITERATURE REVIEW 7 2.1 Fundamentals of concrete and reinforced concrete 7 2.1.1 Normal concrete 7 2.1.2 Structural concrete family 10 2.1.3 Steel reinforced concrete 11 2.1.4 Concrete and reinforced concrete under impact loading 14 2.1.5 Fiber-based reinforcing materials for concrete 18 2.1.6 Fiber reinforced concrete 21 2.1.7 Textile reinforced concrete 22 2.2 Two-dimensional textile concrete reinforcements 24 2.2.1 Welded metal wire mesh 24 2.2.2 Expanded metal mesh 25 2.2.3 Woven 2D reinforcing structures 25 2.2.4 Warp knitted 2D reinforcing structures 27 2.2.5 Stitched 2D reinforcing structures 28 2.2.6 Adhesively-bonded 2D reinforcing structures 29 2.2.7 Discussion of 2D reinforcing structures 30 2.3 Three-dimensional textile concrete reinforcements 33 2.3.1 Assembled 3D reinforcing structures 33 2.3.2 Woven 3D reinforcing structures 34 2.3.3 Warp knitted 3D reinforcing structures 35 2.3.4 Stitched 3D reinforcing structures 36 2.3.5 Adhesively-bonded 3D reinforcing structures 36 2.3.6 Discussion of available 3D reinforcing structures 36 2.4 Woven 3D cellular structures 37 2.5 Conclusion based on literature review 37 3 RESEARCH AIMS AND OBJECTIVES 39 4 PRELIMINARY INVESTIGATION INTO IMPACT BEHAVIOR OF MINERAL-BONDED COMPOSITE REINFORCED WITH WOVEN 3D CELLULAR STRUCTURE 41 4.1 Introduction 41 4.2 Materials under investigation 43 4.2.1 Reinforcement - Reference woven 3D cellular structure 3DWT Ref 43 4.2.2 Matrix - Fine-grained concrete Pagel TF10 44 4.2.3 Comparing reinforcement - Warp knitted 2D structure 2D BZT2 44 4.3 Specimen labeling 45 4.4 Methodology of small-scale plate impact test 46 4.4.1 Specimen preparation 46 4.4.2 Test setup 47 4.5 Preliminary small-scale plate impact test results 47 4.6 Summary and conclusion of preliminary investigation 58 4.7 Derivation of requirements and procedure for developing impact-resistant woven 3D cellular reinforcement 59 5 DEVELOPMENT OF STRUCTURE SYSTEMATICS FOR IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 63 5.1 Fundamentals of woven 3D cellular structure 64 5.1.1 Conventional woven structure 64 5.1.2 Elements of woven 3D cellular structure 65 5.1.3 Formation principles of woven 3D cellular structure 66 5.1.4 Variation possibilities within woven 3D cellular structure 68 5.2 Design concept of mineral-bonded strengthening layers against impact 71 5.3 Requirements for impact-resistant woven 3D cellular reinforcement 73 5.4 Two-plane woven 3D cellular reinforcements 77 5.4.1 Two-plane woven 3D cellular reinforcements with biaxial grids 77 5.4.2 Two-plane woven 3D cellular reinforcements with triaxial grids 81 5.4.3 Two-plane woven 3D cellular reinforcements with quadriaxial grids 82 5.5 Three-plane 3D cellular reinforcements 83 5.6 Material variation 85 5.6.1 Double yarns 85 5.6.2 Hybrid yarns 86 5.7 Selected impact-resistant woven 3D cellular reinforcements for realization and investigation 86 6 DEVELOPMENT OF WEAVE PATTERN FOR IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 89 6.1 Introduction 89 6.2 Two-plane reference structure 3DWT Ref 90 6.3 Two-plane double yarn structure 3DWT DbWi 92 6.4 Three-plane structure 3DWT DbLyr 93 6.5 Two-plane pyramid structure 3DWT Pyr 95 7 DEVELOPMENT OF TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR THE MANUFACTURE OF IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 101 7.1 3D cellular weaving technology 101 7.2 Manufacture of two-plane double yarn structure 3DWT-DbWi 107 7.3 Manufacture of three-plane structure 3DWT-DbLyr 108 7.4 Manufacture of two-plane pyramid structure 3DWT-Pyr 112 8 TENSILE BEHAVIOR OF SHCC CONTAINING IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 117 8.1 Quasi-static tension tests 117 8.1.1 Specimen preparation 117 8.1.2 Test setup 118 8.1.3 Quasi-static tension test results 119 8.2 High-speed tension tests 126 8.2.1 Specimen preparation 126 8.2.2 Test setup 126 8.2.3 High-speed tension test results 127 9 ENHANCEMENT OF IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 131 9.1 Concept of enhanced impact-resistant 3D cellular reinforcement 131 9.2 Weave pattern development of enhanced impact-resistant reinforcement 3DWT Pyr Hyb 134 9.3 Manufacture of enhanced impact-resistant reinforcement 3DWT Pyr Hyb 136 9.3.1 Material selection 136 9.3.2 Carbon rovings impregnation 142 9.3.3 Steel wires straightening and preshaping 142 9.3.4 Weaving and realized structure 143 10 PERFORMANCE OF MINERAL-BONDED STRENGTHENING LAYER WITH IMPACT-RESISTANT WOVEN 3D CELLULAR REINFORCEMENT 147 10.1 Tensile behavior of SHCC reinforced with 3DWT Pyr Hyb 147 10.1.1 Specimen preparation 147 10.1.2 Quasi-static tension test results 148 10.1.3 Dynamic tension test results 154 10.2 Impact behavior of SHCC reinforced with 3DWT Pyr Hyb 157 10.2.1 Materials under investigation 157 10.2.2 Small-scale plate impact test results 159 10.3 SHCC reinforced with 3DWT Pyr Hyb as strengthening layer on the impacted side of concrete core 169 10.4 Summary and conclusion of the performance investigation on mineral-bonded strengthening layer reinforced with 3DWT Pyr Hyb 173 11 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS 175

NaHCOO(aq) and NaDCOO(aq) solutions were measured using Raman spectroscopy from dilute to concentrated solutions at 23 °C in water and heavy water from 50 to 4300 cm−1. A concentrated NaHCOO solution in heavy water was also measured. The Raman band parameters of HCOO−(aq) and DCOO−(aq) such as peak position, full width at half maximum (fwhm), integrated intensities, and depolarization values were determined. From the Raman spectroscopic data, it was concluded that the HCOO−(aq) and DCOO−(aq) symmetry is lower than C2v and probably as low as C1. In contrast to the solution state, (HCO2−(DCO2−) possess C2v symmetry in the gas phase and the DFT frequencies are given. DFT frequencies on a cluster of HCOO−/DCOO− with five implicit water molecules in the first sphere and placed in a polarizable continuum deviate not more than 1–2% from the measured ones. In the Raman spectrum in NaHCOO(aq), a band doublet at 2730 cm−1 and 2820 cm−1 occurs instead of a single band. The band doublet is due to Fermi resonance and results from the interaction of the overtone of the bending C–H mode, 2ν6 at 1382 cm−1 and ν1. The undisturbed C–H stretching mode, ν1 amounts to 2785 cm−1. In DCOO−(aq), a Fermi doublet was also observed at 2030.5 and 2116.5 cm−1, and the undisturbed wavenumber position amounts to 2101 cm−1. Furthermore, a solution of HCOO− in D2O showed slightly changed frequencies compared with the ones in water caused by the solvent isotope effect. Ion pairing between Na+ and HCOO− characterizes the Raman spectrum at high solute concentrations which are melt-like enabling direct contact between the ions. A NaHCOO solution with high amounts of LiCl added showed large perturbations of the HCOO− bands especially νsCOO− and δ COO− of HCOO−and revealed a stronger affinity of Li+ toward HCOO−. The ion pairs formed are most likely contact ion pairs between Li+ and HCOO− which have different stoichiometry of Li+: HCOO− such as 1:1 and 2:1.

Multifunktionale Strukturen sind heute in verschiedenen Fachbereichen von Wissenschaft und Technik von großer Bedeutung. Die Integration von Zusatzfunktionen in existierende Strukturen und Maschinenelemente ermöglicht die Entwicklung neuer innovativer Produkte, die nicht nur kostengünstig, sondern auch platzsparend hergestellt werden können oder vollkommen neue Funktion erfüllen. Das Kunststoffgleitlager mit inte-grierter Verschleißsensorik, das derzeit an der Professur Intelligente Maschinensysteme der Hochschule Mittweida erforscht wird, ist ein beispielhaftes Forschungsprojekt im Bereich multifunktionaler Strukturen. Das Kunststoffgleitlager bietet dem Anwender die Möglichkeit, dank der integrierten Verschleißsensorik aus elektrisch leitfähigem thermoplastischem Kunststoff, Betriebsdaten in Echtzeit zu ermitteln. Diese Innovation ermöglicht die Erfassung des Verschleißgrades des Lagers während des Betriebs, was wiederum eine effektivere Planung von Wartungsintervallen erlaubt. Durch die Vermeidung des vorbeugenden Austauschs noch funktionsfähiger Lager können erhebliche Ressourcen und Kosten eingespart werden. Zur Analyse des Betriebsverhaltens der Sensorelemente wurden umfangreiche numerische Untersuchungen zum mechanischen, thermischen und elektrischen Verhalten des Kunststoffgleitlagers durchgeführt. Ein gekoppeltes Modell wurde in Ansys entwickelt, und mittels einer Parameterstudie verschiedene Szenarien simuliert. Die erzielten Ergebnisse bieten einen detaillierten Einblick in das Betriebsverhalten und die Funktion des Lagers inkl. Sensorik. Mit diesen Erkenntnissen konnte ein Verschleißmodell erstellt werden, welches auf Basis der Sensorwerte kraft- richtungsunabhängig den Verschleißzustand des Lagers ermittelt. Weiterhin kann mit den ermittelten Daten ein passgenauer Messverstärker effizient entwickelt werden. / Multifunctional structures are of great importance in various fields of science and technology today. The integration of additional functions into existing structures and machine elements enables the development of new innovative products that can be manufactured not only cost-effectively but also in a space-saving manner or fulfill entirely new functions. The plastic plain bearing with integrated wear sensing, currently being researched at the Chair of Intelligent Machine Systems at Mittweida University of Applied Sciences, is an exemplary research project in the field of multifunctional structures. The plastic plain bearing provides the user with the ability to determine operating data in real-time thanks to the integrated wear sensing made of electrically conductive thermoplastic material. This innovation enables the monitoring of the degree of wear of the bearing during operation, which in turn allows for more effective planning of maintenance intervals. By avoiding the preventive replacement of still functional bearings, significant resources and costs can be saved. Extensive numerical investigations into the mechanical, thermal, and electrical behavior of the plastic plain bearing were conducted to analyze the operational behavior of the sensor elements. A coupled model was developed in Ansys, and various scenarios were simulated through a parameter study. The results obtained provide a detailed insight into the operational behavior and functionality of the bearing including the sensor system. With this knowledge, a wear model was created, which determines the wear condition of the bearing independently of the direction of force based on the sensor values. Furthermore, with the determined data, a precisely fitting signal amplifier can be efficiently developed.

Zellulare metallische Strukturen zeichnen sich durch ihre hohe Porosität und ihre komplexe geometrische Struktur aus. Dadurch ist die Bestimmung ihrer Wärmeleitfähigkeit eine komplizierte und aufwändige Messaufgabe. Für die vorliegende Arbeit wurden Materialien ausgewählt, die sich im Grundmaterial, in der Herstellungsmethode und im strukturellen Aufbau unterscheiden. Dabei wurden Materialien mit unterschiedlicher Porosität und Porengröße untersucht. Die effektive Wärmeleitfähigkeit wurde mit drei unterschiedlichen Messverfahren bestimmt. Die Messungen wurden bei normalem Druck bei Raumtemperatur und für ausgewählte Materialien bis maximal 800 °C durchgeführt. Dabei wurden die Bedingungen für die optimale Durchführung der Messungen und die Probleme jedes Verfahrens herausgearbeitet. Daraus wurden Empfehlungen für die optimale Messungsdurchführung abgeleitet. Die gewonnenen Messergebnisse wurden miteinander, mit Werten aus der Literatur und mit vorhandenen mathematischen Modellen verglichen.

This thesis extends a localisation theory for finite algebras to certain classes of infinite structures. Based on ideas and constructions originally stemming from Tame Congruence Theory, algebras are studied via local restrictions of their relational counterpart (Relational Structure Theory). In this respect, first those subsets are identified that are suitable for such a localisation process, i. e. that are compatible with the relational clone structure of the counterpart of an algebra. It is then studied which properties of the global algebra can be transferred to its localisations, called neighbourhoods. Thereafter, it is discussed how this process can be reversed, leading to the concept of covers. These are collections of neighbourhoods that allow information retrieval about the global structure from knowledge about the local restrictions. Subsequently, covers are characterised in terms of a decomposition equation, and connections to categorical equivalences of algebras are explored. In the second half of the thesis, a refinement concept for covers is introduced in order to find optimal, non-refinable covers, eventually leading to practical algorithms for their determination. Finally, the text establishes further theoretical foundations, e. g. several irreducibility notions, in order to ensure existence of non-refinable covers via an intrinsic characterisation, and to prove under some conditions that they are uniquely determined in a canonical sense. At last, the applicability of the developed techniques is demonstrated using two clear expository examples. / Diese Dissertation erweitert eine Lokalisierungstheorie für endliche Algebren auf gewisse Klassen unendlicher Strukturen. Basierend auf Ideen und Konstruktionen, die ursprünglich der Tame Congruence Theory entstammen, werden Algebren über lokale Einschränkungen ihres relationalen Gegenstücks untersucht (Relationale Strukturtheorie). In diesem Zusammenhang werden zunächst diejenigen Teilmengen identifiziert, welche für einen solchen Lokalisierungsprozeß geeignet sind, d. h., die mit der Relationenklonstruktur auf dem Gegenstück einer Algebra kompatibel sind. Es wird dann untersucht, welche Eigenschaften der globalen Algebra auf ihre Lokalisierungen, genannt Umgebungen, übertragen werden können. Nachfolgend wird diskutiert, wie dieser Vorgang umgekehrt werden kann, was zum Begriff der Überdeckungen führt. Dies sind Systeme von Umgebungen, welche die Rückgewinnung von Informationen über die globale Struktur aus Kenntnis ihrer lokalen Einschränkungen erlauben. Sodann werden Überdeckungen durch eine Zerlegungsgleichung charakterisiert und Bezüge zu kategoriellen Äquivalenzen von Algebren hergestellt. In der zweiten Hälfte der Arbeit wird ein Verfeinerungsbegriff für Überdeckungen eingeführt, um optimale, nichtverfeinerbare Überdeckungen zu finden, was letztlich zu praktischen Algorithmen zu ihrer Bestimmung führt. Schließlich erarbeitet der Text weitere theoretische Grundlagen, beispielsweise mehrere Irreduzibilitätsbegriffe, um die Existenz nichtverfeinerbarer Überdeckungen vermöge einer intrinsischen Charakterisierung sicherzustellen und, unter gewissen Bedingungen, zu beweisen, daß sie in kanonischer Weise eindeutig bestimmt sind. Schlußendlich wird die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden an zwei übersichtlichen Beispielen demonstriert.