In this dissertation, the minimization of the diffusion bonding temperature during refractory metals’ diffusion bonding process was studied. Two pure refractory metals were used in this study: molybdenum and tungsten. The influence on the joint quality of molybdenum structural conditions, as well as molybdenum surface conditions, was examined. Moreover, diffusion bonding of tungsten to Oxygen Free Electrical copper and copper alloy (CuCr1Zr), without using an interlayer but instead using different bonding parameters, was evaluated. Diffusion bonding of tungsten to Oxygen Free Electrical copper and to CuCr1Zr alloy using titanium and nickel together as intermediate layers was also investigated, as well as the diffusion bonding of tungsten to Oxygen Free Electrical copper and to CuCr1Zr alloy using only nickel as an intermediate layer. The resulting joints were evaluated using optical microscopy, SEM, hardness, shear, and tensile tests. The residual stresses, as well as the deformation, that are generated due to the diffusion bonding process were evaluated through a FEM simulation using the software ANSYS. For pure molybdenum joints, successful results in minimizing bonding temperature were obtained. In tungsten to Oxygen Free Electrical copper and to CuCr1Zr alloy joints contrasting results were achieved. / In dieser Arbeit wurde ein Diffusionsschweißverfahren durchgeführt, um zwei Refraktärmetalle zu verbinden. Das erste war Molybdän, das ähnlich diffusionsgeschweißt ist. Das zweite war Wolfram, das diffusionsgeschweißt an OFE-Kupfer und an die CuCr1Zr-Legierung gebunden ist. Aufgrund der hohen Schmelztemperatur von Molybdän und Wolfram erforderten sie eine hohe Diffusionsschweißtemperatur. Das Hauptziel dieser Arbeiten ist es, die erforderliche Temperatur für den Verbindungsprozess zu reduzieren. Die Reduzierung der Molybdän Diffusions-schweißtemperatur ist abhängig von den Bedingungen der Molybdänoberfläche und -struktur. Die Verbindung von Wolfram mit OFE-Kupfer und mit CuCr1Zr-Legierungen erfolgte direkt (ohne Zwischenschicht) sowie unter Verwendung von Titan und Nickel als Zwischenschicht(en). Das Verbinden mit Zwischenschicht(en) ist abhängig von den Interaktionen zwischen der Zwischenschicht und den Grundwerkstoffen. Die Zwischenschichtenmetalle waren Reintitan und Reinnickel. Das Aufbringen der Zwischenschichten in den Verbindungen wurde als Wolfram - Titan - Nickel - Reinkupfer oder CuCr1Zr sortiert. Außerdem wurde nur reines Nickel als Zwischenschicht verwendet, um Wolfram mit Kupfer und der CuCr1Zr-Legierung zu verbinden. Die chemische Zusammenstellung der CuCr1Zr-Legierung ist in der Tabelle 1 dargestellt. Die Eigenspannungen sowie die Verformung, die durch den Diffusionsschweißprozess sowohl für die Refraktärmetalle Molybdän als auch Wolfram erzeugt werden, wurden durch einen Simulationsprozess mit dem Programm ANSYS bewertet. Die resultierenden Verbindungen wurden mittels Lichtmikroskopie, REM, Härte-, Scher- und Zugversuch bewertet. Die Eigenspannungen sowie die Verformung, die durch den Diffusionsschweißprozess erzeugt werden, wurden durch eine FEM-Simulation mit der Software ANSYS bewertet. Für reine Molybdänverbindungen wurden erfolgreiche Ergebnisse bei der Minimierung der Diffusionsschweißtemperatur erzielt. In Wolfram zu OFE-Kupfer und zu CuCr1Zr-Legierungsverbindungen wurden kontrastreiche Ergebnisse erzielt.

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Übergangsmetalloxidbronzen (TMOB) – Verbindungen mit der allgemeinen chemischen Summenformel AxByOz (A = Element der Gruppen 1, 2, 11, 12, 13, NH4+ oder Kombination; B = Übergangsmetall) – sind seit längerem als Material für ionensensitive Festkörperelektroden bekannt. Sie reagieren als Elektroden in elektrochemischen Messungen auf Ionen in wässrigen Elektrolyten in höchst unterschiedlicher Weise. Bis heute gibt es dazu nur wenige systematische vergleichende Untersuchungen, die von der Präparation der Bronzen, der Charakterisierung ihrer Eigenschaften bis zur Untersuchung ihrer Elektrodeneigenschaften reichen. Gegenstand der Arbeit war deshalb die Synthese von in der Literatur beschriebenen TMOB auf der Basis von Wolfram und Molybdän, die Bestimmung ihrer Kristallstruktur und die Untersuchung ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften. Aus den synthetisierten Verbindungen waren anhand einer elektrochemischen Vorcharakterisierung einige auszuwählen, um diese systematisch als Elektroden zu untersuchen. Insbesondere HxMoO3, Ba0,12WO3 und Li0,4Mo0,95W0,05O3 zeichneten sich durch gegenüber den anderen Oxidbronzen abweichende potentiometrische Charakteristika aus. Hinsichtlich der Einsetzbarkeit dieser Materialien für potentiometrische Elektroden wurden diese Verbin¬dungen noch nicht untersucht. Daher wurden diese Verbindungen eingehender erforscht. Die bezüglich ihrer potentiometrischen Eigen¬schaften bereits ausreichend untersuchte Verbindung Na0,9Mo6O17 diente dem Vergleich und wurde deshalb den selben Tests ausgesetzt. Dazu waren im Einzelnen potentiometrische Messungen in Abhängigkeit von der Konzentration der Alkaliionen und der Wasserstoffionen sowie von der Konzentration verschiedener Redoxspezies in wässrigen Medien durchzuführen. Unklar war bisher wie sich die Wechselwirkungen der gelösten Ionen mit den Molybdän- und Wolframionen im Festkörper vollziehen und warum die Elektroden Sensitivitäten für verschiedene Ionen aufweisen, die sich nicht aus der chemischen Zusammensetzung oder mit der Kristallstruktur der jeweiligen Oxidbronze erklären lassen. Zur Aufhellung dieses Problems waren unter anderem XPS-Untersuchungen an verschiedenen Oxidbronzen durchzuführen, aus denen man auf den Oxidationszustand des Wolframs und Molybdäns im Festkörper schließen kann.

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Alkali metal chloride melts are used to refine refractory metals and as a heat carrier for promising nuclear reactors. The oxygen content is a critical parameter for such systems. It determines technological process and the quality of obtained products. The work is devoted to the development of methods for the determination of oxygen in chloride melts. HORIBA EMGA-620W/C gas analyzer was used. The paper presents information on the choice of methods for determining oxygen in various oxygen-containing compounds of tungsten and molybdenum. An inert chamber has been developed and combined with a gas analyzer. This allowed to determine low oxygen contents in volatile matrices with high affinity for oxygen. / Системы хлоридных расплавов щелочных металлов применяются для рафинирования ряда тугоплавких металлов и в качестве теплоносителя в перспективных реакторах нового типа. Содержание кислорода в таких системах является критическим параметром, обуславливающим правильный ход технологического процесса и качество получаемой продукции. Работа посвящена разработки методики определения кислорода в хлоридных расплавах. Для измерений использовали газоанализатор HORIBA EMGA-620W/C. В работе представлены сведения о выборе способов определения кислорода в различных кислородсодержащих соединениях вольфрама и молибдена. Разработана и совмещена с газоанализатором инертная камера, позволяющая проводить определения низких содержаний кислорода в относительно летучих матрицах, в том числе с макрокомпонентами, имеющими высокое сродство к кислороду. Выбраны оптимальные условия проведения измерений.

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<p dir="ltr">This thesis deals with optical cavity-coupled two-dimensional (2D) materials. First, we describe a new theoretical approach to model the properties of cavity-coupled plasmons in 2D conductors. Next, we propose an optical cavity architecture for enhanced light-matter interaction with potential for performance and functionality beyond that of traditional approaches and describe an initial investigation of one example of such a system. Finally, we provide a thorough description of the fabrication techniques used to produce the previously mentioned optical cavities.</p><p dir="ltr">The advent of 2D materials has opened exciting possibilities for controlling light-matter interactions at the nanoscale. The first major contribution of this work is the investigation of coupling between patterned 2D Van der Waals materials and Fabry-Perot cavities, focusing on how system parameters like pattern shape and material properties influence these interactions. Using a quasistatic eigenmode expansion approach, we develop a theoretical framework to predict and manipulate optical behavior in these systems. Our work opens new pathways for engineering light-matter interactions within patterned 2D material platforms, paving the way for the engineering of novel optical phenomena.</p><p dir="ltr">The second major contribution of this work is the development of a versatile platform for light-matter coupling experiments in Van der Waals materials. It is well-known that light-matter interaction can be used to realize unprecedented functionality in the coupled materials. However, few---if any---approaches to date utilize this phenomenon to its fullest extent. We have provided a platform that can be used to realize light-matter coupling efficiencies beyond what is possible in conventional systems, can be easily integrated with 2D materials, and provides new opportunities to engineer the photonic environment of the coupled material. In particular, we focus on silicon dielectric bowtie cavities (DBCs) coupled to few-layer flakes of $\rm WSe_2$. This approach leverages topology-optimized cavity architectures to achieve simultaneous spatial and spectral confinement, yielding Purcell factors exceeding 2500, mode volumes as small as $\sim10^{-3}(\lambda/2n)^3$, and quality factors up to $\sim200$---performance metrics limited only by material losses. The lithographically defined DBCs enable deterministic emission hotspot placement and tunability across a broad wavelength range with minimal performance impact. Photoluminescence imaging and spectroscopy reveal comparable $\rm WSe_2$ exciton emission enhancement to plasmonic structures. This platform surpasses the limitations of conventional cavity architectures by enabling unprecedented coupling efficiencies and unique functionality while maintaining sufficient mechanical robustness for 2D material transfer.</p><p dir="ltr">The final chapter outlines the fabrication process for the cavities described in the previous chapter. The fabrication involves advanced nanolithography techniques to define patterns with high resolution, addressing challenges such as proximity effects and process blur. Techniques such as proximity effect correction (PEC) are used to enhance pattern accuracy, while careful optimization of exposure and development parameters ensures minimal distortion. The process utilizes high-anisotropy reactive ion etching to transfer the patterns onto the substrate, where precise optimization of the etching parameters has been performed to achieve high resolution and selectivity. The final optimized process yields structures with a minimum feature size of approximately 20 nm and minimum radius of curvature of approximately 10 nm, allowing for the repeatable fabrication of complex inverse-designed cavities.</p>