El objetivo de esta tesis es la síntesis de películas delgadas de SnS utilizando técnicas de bajo coste con el fin de fabricar células solares. Nuestra contribución radica en estudiar nuevos materiales susceptibles de ser utilizados para aplicaciones fotovoltaicas, y que puedan ser preparados con técnicas de bajo coste como la técnica de Pyrolysis de Spray Químico (CSP) y caracterizar algunos materiales elegidos para este fin como el Sulfuro de Estaño (SnS). Se han fabricado células solares a partir de la disposición de capas: Mo / SnS / Tampón / i-ZnO / ZnO: Al / Al / Metal. Las capas de buffer serían: In2S3 o CdS. En la primera etapa hemos procedido a la optimización de los parámetros de deposición de películas delgadas de SnS usando la técnica de la CSP, -Variación de la relación [S] / [Sn]. -Variación de la temperatura del substrato. -Variación de la naturaleza del sustrato utilizando sustrato como vidrio, óxido de estaño de indio (ITO) y vidrio recubierto de molibdeno. Las fuentes de productos químicos y disolventes utilizados son: - Cloruro de dihidrato dihidratado para Tin (Sn), Thiourea, Agua destilada como disolvente de la solución, Ethanol (10% de 50mL) con el fin de reducir la tensión superficial del agua que es 72 Nm-1, para permitir la dispersión de la solución depositada sobre el sustrato fácilmente. En una segunda etapa se han dopado pel¿culas delgadas de SnS con algún elemento en la tabla de Mendeleiev para modificar las propiedades f¿sicas y qu¿micas de las pel¿culas. Los elementos químicos utilizados fueron: Plata, Aluminio y Hierro. Se han utilizado varias técnicas de caracterización: - Difracción de rayos X (XRD) para la estructura cristalina de las películas - Espectroscopía Raman para la calidad de las películas - Microscopía electrónica de barrido (SEM) para morfología superficial - Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) para topografía de superficie - Análisis dispersivo de energía de rayos X (EDAX) adjunto a SEM para la composición de la película - Espectrofotometría óptica para la transmisión y la determinación del gap - Método de 4 puntas para medición de resistividad del SnS dopado -Mott-Schottky para determinar el tipo de semiconductor y la concentración de portadores Los principales resultados obtenidos en esta tesis pueden resumirse como sigue: -Las películas delgadas mono-sulfuro (SnS) deben depositarse sobre un sustrato de vidrio con [S] / [Sn] igual a una (1) y la temperatura del sustrato igual a 350 ° C para obtener películas densas, bien cubiertas y homogéneas sin agujeros Y grietas. Distancia entre la boquilla al sustrato 25 cm, volumen pulverizado 5 ml, presión de aire 0,7 bar y velocidad de pulverización de 1,5 ml / min. - Para películas dopadas por Plata y Aluminio, todas las películas son estructura ortorrómbica con (111) como pico principal. La intensidad del pico principal aumenta cuando el porcentaje de elemento dopante aumenta en la solución inicial sin ninguna fase secundaria para el dopaje con Al y con Ag8SnS6 y Ag para el dopaje Ag. - El análisis de SEM y AFM demuestra que el elemento dopante Ag no tiene efecto en la morfología y ni en la topografía mientras que el dopaje Al actúa sobre la morfología superficial produciendo una morfología que presenta muchos agujeros para muestras dopadas de 3% a 7%. - EDAX destaca un aumento de Ag en películas cuando la cantidad de Ag aumenta en la solución con S/ Sn¿0,98 cerca de 1 al 5% de porcentaje de dopado de Ag donde como para el dopaje EDAX destaca la mejora de la estequiometría con un aumento del porcentaje de Al Atómica en películas cuando la concentración de Al aumenta en la solución inicial con S / Sn = 0, 99 al 10%. - La resistividad de las muestras dopadas con Ag y Al aumenta con la concentración de dopado y se observa un aumento del gap óptico de 1.66eV a 1.70eV para SnS dopado por Ag y SnS dopado por Al, respectivamente. / ß-In2S3 thin films deposited by Chemical Spray Pyrolysis technique at different substrate temperatures (250 °C-300 °C-350 °C) showed well crystallized thin films with (0 0 12) as preferred direction perpendicular to the plane containing the surface of glass substrate. SEM images showed dense, uniform, well-covered layers that adhere well to substrates and no crack and void space were noted for all substrate temperatures. Microanalysis X confirms the presence of In and S elements with good stoichiometry after vacuum annealing for 30 minutes. Raman spectroscopy analysis confirms ß-In2S3 phase with more prominent modes after vacuum annealing. We also noted a reduction in the gap energies after annealing for films prepared at 250 °C and 350 °C substrate temperatures while for those prepared at 300 °C, the energy of the gap remains stable. Tin mono-sulfide (SnS) thin films must be deposited onto glass substrate with [S]/[Sn] ratio equal to one (1) and substrate temperature equal to 350 °C to obtained dense, well-covered, and homogeneous films without pinholes and cracks. Distance between nozzle to substrate is kept to 25cm, sprayed volume 5mL, air pressure 0.7bar and spray rate 1.5 mL/min. Films doped with Silver (Ag) and Aluminum (Al) were all orthorhombic structure with (111) as main peak. The intensity of main peak increased when the percentage of dopant element increased in the initial solution without any secondary phase for Al-doping films and with Ag8SnS6 and Ag for Ag-doping ones. SEM and AFM analysis showed that Ag-doping element had no effect in the morphology and the topography while Al-doping affected the surface morphology with "fishing net" like morphology with lots of holes for samples doped from 3% to 7%. EDS highlighted an increase of Ag in films when its amount increased in the solution with S/Sn¿0.98 near to 1 at 5% of Ag-doping percentage where as for Al-doping EDS highlighted improvement of stoichiometry with an increase of Al percentage atomic in films when Al concentration increased in the initial solution with S/Sn¿0.99 at 10%. Electrical and energy band gap measurement showed a decrease of resistivity when Ag and Al percentages increased in the solution to reach relatively low resistivity of 108¿.cm and 170¿.cm at 10% for both, and an increased of energy band gap when the Ag and Al-doping elements increased in the solution with 1.66eV and 1.70eV for SnS doped with Ag and SnS doped with Al, respectively. Spray pyrolyzed SnS thin films doped with indium were studied using various optical and electrical techniques. Structural analysis shows that all films crystallize in orthorhombic structure with (111) as a preferential direction without secondary phases. Doping of SnS layers with indium results in better morphology with increased grain size. Absorption measurements indicate dominant direct transition with energy decreasing from around 1.7 eV to 1.5 eV with increased indium supply. Apart from direct transition, an indirect one, of energy of around 1.05 eV, independent on indium doping was identified. The photoluminescence study revealed two donors to acceptor transitions between two deep defect levels and one shallower with energy of around 90 meV. The observed transitions did not depend significantly on In concentration. The conductivity measurements reveal thermal activation of conductivity with energy decreasing from around 165 meV to 145 meV with increased In content. Finally, we were investigated the J-V characteristics of FTO/CdS/SnS,FTO/ZnO/CdS/SnS, FTO/ZnO:Al/CdS/SnS, FTO/ZnO:Al/SnS and FTO/In2S3/SnS solar cells and we found that efficiencies are very low due probably to the recombination at the junction, grain boundaries, etc. / L'objectiu d'aquesta tesi és la síntesi de pel·lícules primes de SnS utilitzant tècniques de baix cost per tal de fabricar cèl·lules solars amb alta eficiència. La nostra contribució rau en estudiar nous materials susceptibles de ser utilitzats per a aplicacions fotovoltaiques, i que puguin ser preparats amb tècniques de baix cost com la tècnica de Spray Piròlisis Químic (CSP) i caracteritzar alguns materials triats per a aquest fi, com ara el Sulfur de estany (SnS). S'han fabricat cèl·lules solars a partir de la disposició de capes: Mo/SnS /Tampó/i-ZnO/ZnO: Al/ Metall. Les capes de per al bufer intermèdi has sigut de In2S3 i CdS. En la primera etapa hem procedit a l'optimització dels paràmetres de deposició de pel·lícules primes de SnS usant la tècnica CSP. -Variació de la relació [S] / [Sn]. -Variació de la temperatura Ts del substrat. -Variació de la naturalesa del substrat utilitzant substrat com: vidre simple, òxid d'estany d'indi (ITO) i vidre recobert de molibdè. Les fonts de productes químics i dissolvents utilitzats han sigut; Clorur d'estany per a l'estany (Sn), thiourea per sofre (S). Aigua destil·lada com a dissolvent de la solució. Ethanol (10% de 50ml) per tal de reduir la tensió superficial de l'aigua que és 72 Nm-1, per a permetre la dispersió de la solució dipositada fàcilment sobre el substrat. En una segona etapa s'han dopat pel.lícules primes de SnS amb algun element en la taula de Mendeleiev per modificar les propietats físiques i químiques de les pel.l¿cules. Els elements químics utilitzats són: Plata (Ag+), alumini (Al3+), Ferro (Fe2+), Coure (Cu2+) i Antimoni (SB3+) com a font de nitrat de plata (AgNO3), Clorur d'alumini (AlCl3) (FeCl2·4H2O ), Clorur de Coure (CuCl2 i Clorur de Antimoni (SbCl3). S'han utilitzat diverses tècniques de caracterització: - Difracció de raigs X (XRD) per a l'estructura de les pel·lícules i cristal - Raman Spectroscopy per a la qualitat de les pel·lícules - Microscòpia electrònica de rastreig (SEM) per morfologia superficial - Microscòpia de Força Atòmica (AFM) per topografia de superfície - Anàlisi dispersiu d'energia de raigs X (EDAX) adjunt a SEM per a la composició de la pel·lícula -Espectrofotometría per a la transmissió i el mesurament de la banda d'energia utilitzant la trama de Tauc - Tècnica de punta-sonda per a mesurament de resistivitat amb dopat SnS -Mott-Schottky per determinar el tipus de semiconductor i la concentració de portadors Els principals resultats obtinguts en aquesta tesi poden resumir així: -Les pel·lícules primes mico-sulfur (SnS) han de dipositar-sobre un substrat de vidre amb [S]/[Sn] igual a una (1) i la temperatura del substrat igual a 350 °C per obtenir pel·lícules denses, ben cobertes i homogènies sense forats I esquerdes. Distància entre el filtre al substrat 25 cm, volum polvoritzat 5 ml, pressió d'aire 0,7 bar i velocitat de polvorització de 1,5 ml / min. Per pel·lícules dopades per Plata i alumini, totes les pel·lícules són estructura ortorrómbica amb (111) com pic principal. La intensitat del pic principal augmenta quan el percentatge d'element dopant augmenta en la solució inicial sense cap fase secundària per al dopatge amb Al i amb Ag8SnS6 i Ag per al dopatge Ag. L'anàlisi de SEM i AFM demostra que l'element dopant Ag no té efecte en la morfologia i la topografia mentre que el dopatge en actua sobre la morfologia superficial produint una morfologia que presenta molts forats per a mostres dopades de 3% a 7%. EDAX destaca un augment de Ag en pel·lícules quan la quantitat d'Ag augmenta en la solució amb S / Sn¿0,98 prop d'1 a 5% de percentatge de dopatge d'Ag on com per al dopatge EDAX destaca la millora de l'estequiometria amb un augment del percentatge d'al Atòmica en pel·lícules quan la concentració d'al augmenta en la solució inicial amb S / Sn = 0,99 al 10%. / Sall, T. (2017). Preparation and Characterization of SnS thin films by Chemical Spray Pyrolysis for fabrication of solar cells [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/95412 / TESIS

Within this thesis, (ultra)thin NiFe2O4 (NFO) and CoFe2O4 (CFO) films are prepared via reactive molecular beam epitaxy (RMBE) on MgO(001) and SrTiO3(001) substrates and are characterized in terms of their structural, electronic, and magnetic properties. In a first step, the structural properties of ultrathin off-stoichiometric NixFe(3-x)O4 films (0<x<1.5) deposited via RMBE on MgO(001) are investigated in situ during film deposition by means of synchrotron radiation-based x-ray diffraction (XRD) and ex situ after film growth by high energy surface x-ray diffraction (HESXRD). In the second major step of this work, a more extensive study on the dependence of the cationic ratio in NixFe(3-x)O4 thin films (0<x<2.07) grown on MgO(001) is conducted. The film surface structure and chemical composition is characterized in situ by low energy electron diffraction (LEED) and laboratory-based soft x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. Film thicknesses are determined via analysis of x-ray reflectivity (XRR) data, while the film structure is analyzed by XRD measurements. Further, chemical properties and the electronic structure of the NFO films with focus on the cationic valencies of Ni and Fe cations with varying x is investigated by means of (angle-resolved) hard x-ray photoelectron spectroscopy [(AR-)HAXPES]. Complementary x-ray absorption spectroscopy (XAS) and x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) investigations are conducted to obtain information on the cationic site occupancies and on the element-specific magnetic moments. The latter are compared to magnetic properties characterized via superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometry. In a third step, the type of substrate is changed to SrTiO3(001) to investigate the influence of a larger strain applied by the substrate to NFO films with varying thicknesses. Structural characterization at the surfaces and in the films is conducted by means of LEED, XRR, and (grazing incidence) XRD, whereas XPS and HAXPES provide information on the chemical composition and electronic structure in the near-surface region and in deeper subsurface layers, respectively. Magnetic properties are characterized by SQUID magnetometry. In a fourth step, an alternative pathway for the formation of ferrite thin films is demonstrated exemplarily for CoFe2O4 films on SrTiO3(001), which are formed by interdiffusion of Fe3O4/CoO bilayers. The interdiffusion process was monitored via XRR, soft XPS and AR-HAXPES to determine the bilayer/film structure, stoichiometry, and chemical properties. Analysis of complementary XAS measurements provides additional information on the occupancies of Fe and Co cations during interdiffusion. Final SQUID magnetometry measurements are performed to gain information on the magnetic properties before and after complete interdiffusion. Overall, within this thesis, it was demonstrated that NFO and CFO thin films can be prepared in high structural quality with sharp interfaces and surfaces, which is crucial for the applicability in the fields of spintronics and spincaloritronics.

Global warming and air pollution are the major problems facing the world today. Therefore strict environmental legislation on the emission of harmful gases from motor vehicles has forced the automobile industry to search for alternative materials or new materials for exhaust systems. In order to produce cleaner exhaust gases, the exhaust temperature needs to be increased to approximately 900oC. Therefore, exhaust manifolds are exposed repeatedly to hot gases as they are nearest to the engine requiring good oxidation resistance, thermal fatigue properties, cold workability and weldability. One such material to meet the above characteristics is AISI 441 ferritic stainless steel, a dual stabilised Ti and Nb ferritic stainless steel. Ti and Nb are added to stainless steel to stabilise C and N due to their high tendency to form carbonitrides (Ti,Nb)(C,N) and laves phase (Fe2Nb) and Fe3Nb3C. With 18% Cr content, this steel has a good corrosion resistance at elevated temperatures. Included in many applications of this steel are those requiring deep drawing and related forming operations. However, the drawability and stretchability of ferritic stainless steels is inferior to that of the more expensive austenitic stainless steels. For instance, Columbus Stainless has experienced ridging/roping problems at times during the manufacturing process of type AISI 441 ferritic stainless steel. It is believed that this problem is related to crystallographic texture of materials which have effect on formability. The R-value in FSS can be improved through optimisation of chemical composition, which includes reducing the carbon content, and processing conditions such as reducing the slab reheating temperature, increasing annealing temperature and refining the hot band grain size. Therefore the aim of this research project was firstly to investigate effect of amount of cold reduction and annealing temperature on texture evolution and its influence on formability. The as received 4.5 mm hot band steel was cold rolled by 62, 78 and 82% reductions respectively followed by isothermal annealing of each at 900oC, 950oC and 1025oC for 3 minutes. Orientation distribution function (ODF) through X-ray diffractometer (XRD) measurement was used to characterise the crystallographic texture formed in the steel using PANanalytical X’Pert PRO diffractrometer with X’celerator detector and variable divergence. Microstructures were characterised using optical microscopy and scanning electron microscope (SEM). The results show that steels that received 78% cold reduction and annealed at 1025oC recorded the highest Rm-value and lowest ΔR-value which enhances its deep drawing capability. In addition, this steel showed the highest intensity of shifted γ-fibre, notably {554}<225> and {334}<483>. It can therefore be concluded that the γ-fibre which favours deep drawing, is optimal after 78% cold reduction and annealing at 1025oC. The second objective was to investigate the effect of (Nb+Ti) content on the crystallographic texture and the subsequent formability and ridging severity. AISI 441 ferritic stainless steel with different amount of (Nb+Ti) content was used i.e. Steel A (0.26Nb+0.2Ti), Steel B (0.44Nb+0.15Ti) and steel C (0.7Nb+0.32Ti). After a strain of 10%, steels A exhibited the least resistance against surface ridging with average roughness Ra of 1.5 μm followed by steels B with an average roughness Ra of 1.1μm. Steel C showed the highest resistance to ridging with an average roughness Ra of 0.64 μm. This was attributed to the increase in carbonitrites (NbTi)(C,N) due to increased (Nb+Ti) content which acted as nucleation sites for γ-fibre. / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2013. / gm2014 / Materials Science and Metallurgical Engineering / unrestricted

This thesis deals with the deposition of epitaxial chalcogenide (Ge2Sb2Te5 (GST225), GeTe and Sb2Te3) thin films and superlattice (SL) arrangement based on GeTe-Sb2Te3 using pulsed laser deposition (PLD) technique on (111)-oriented Si substrates. The thin films are characterized using in-situ RHEED, XRD, SEM, AFM and TEM. The epitaxial trigonal GST225 films with out-of-plane c-plane orientation were grown in 2D growth mode. For the first group of the films (substrate-target distance (dts) of ~7.5 cm), the epitaxial window was observed from 200 °C to 300 °C. By varying laser frequency, deposition rate as high as 42 nm/ min can be achieved. The deposition with a slight reduction of dts to ~6 cm (second group) at moderate Ts of 220 °C results in the epitaxial films with heterogeneous vacancy structures (coexisting metastable phases. i.e. with random and ordered vacancies, and stable trigonal phase). Thermal annealing (at 220 °C) leads to a phase transformation towards a pure trigonal phase. The epitaxial Sb2Te3 films with out-of-plane (0001) oriented trigonal structure were grown at Ts from 140 to 280 °C in 2D growth mode. The optimum Ts in terms of deposition rate and film quality was determined to be 240 °C. The epitaxial growth of Sb2Te3 thin films is initiated by the self-organized formation of a Sb/Te single-atomic passivation layer on the Si surface. The growth of GeTe was initialized by the formation of an ultra-thin amorphous layer. The films were predominantly grown in the mix of 2D and 3D growth modes. The deposited films possesses trigonal structure out-of-plane (0001)-orientated on Si(111). By employing a 2D-bonded Sb2Te3 as a seeding layer on Si(111), the epitaxial window of GeTe can be extended especially towards the lower temperature regime, up to 145 °C. Additionally, the surface topography can be significantly improved, indicating that the films are grown in 2D growth mode on the buffered substrate. The epitaxial SLs can be grown starting at Ts = 140 °C. Each layer of the SLs, i.e. Sb2Te3 and GeTe layer, was grown in 2D growth mode. An intermixing of GeTe and Sb2Te3 layers occurred at a higher temperature deposition. Studies on local structure of 140 °C-deposited SL showed that the SL consists of Ge-rich Ge(x+y)Sb(2–y)Tez and Sb2Te3 units intercalated by Van der Waals gaps with the inhomogeneity of layer thickness across the SL. The obtained results demonstrate the feasibility of PLD for deposition of good quality epitaxial chalcogenide thin films and SL structure on Si(111).

Micro-electro-mechanical systems (MEMS) have become an essential component of a wide range ofelectronic devices over the last decades such as accelerometers, microphones, gas sensors, and filters.During this new millennium, a new radio frequency (RF) technology has been developed to satisfy thetough demands that arose due to the implementation of 5G wireless communication: bulk acoustic wave(BAW) filters.BAW devices use the piezoelectric effect, converting mechanical vibrations to electrical signals, topower wireless devices. BAW filters can operate between 3.5 GHz and 6 GHz, therefore, within therange of the new 5G. BAW technology offers lower insertion loss, higher heat dissipation, andperformances at higher power and frequency which increases the data speed considerably.This thesis will be focused on the study of the materials used in BAW devices. A common BAW filteris made from different layers distributed in a stack, from the bottom to the upper part, the BAW filteris composed of a substrate, a transducer layer made of a piezoelectric layer in between of two electrodes,and intermediate layers that can enhance the addition of the deposited layers on top called buffer layers,or the crystal quality of the films on top called seed layers.The main characteristic that a buffer layer must possess is an intermediate lattice parameter betweenthat of the substrate and the top layer. When these two layers present a high lattice mismatch, theinterface quality is rather poor. By using a buffer layer, and therefore, by adding two different interfaces,the crystal quality is improved by decreasing the internal stress and the crystal distortion. Buffer layermaterials depend on the type of materials that will be in contact with them.A seed layer is usually used to improve the crystal quality of a layer that requires extreme sputteringparameters to be used to be deposited possessing a high crystal quality and a preferred orientation. Seedlayers used in BAW devices, whose piezoelectric layer is made of AlScN or AlN, are usually made ofhighly c-axis oriented and highly crystalline AlN.The objective of this study is to analyze the deposition of AlN and HfN by means of reactive radiofrequency magnetron sputtering and reactive pulsed-direct current magnetron sputtering, respectively.AlN is largely used as a buffer layer and as a seed layer, however, the new approach of this report is tostudy the sputtering of HfN and compare it as a possible candidate to replace AlN as a seed layer.

Magnetische Formgedächtnsilegierungen haben die besondere Fähigkeit, sich im äußeren Magnetfeld zu verformen. Dies geschieht aufgrund von Zwillingsgrenzenbewegung in der martensitischen Tieftemperaturphase. Da der Effekt bislang an Einkristallen untersucht wurde, ist es das Ziel dieser Arbeit, den Effekt an polykristallinen Proben nachzuweisen. Dafür wurden Proben nach dem Prinzip der gerichteten Erstarrung präpariert. Deren Kristallstruktur wurde durch geeignete Zusammensetzung und Wärmebehandlung einphasig eingestellt. Mechanisches Training und weitere Wärmebehandlungen ermöglichten schließlich die Demonstration der magnetischen Dehnung von ca. 1 % an polykristallinen Proben. Durch zusätzliche Einkopplung akustischer Wellen konnte die Dehnung auf 2,2 % gesteigert werden.

Atmospheric mineral dust plays a dynamic role in the climate system acting both as a forcing and a feedback mechanism. To date, the majority of paleodust studies have been conducted on marine sediments or polar ice cores, while terrestrial deposition has been less studied. As such, it is important to produce new terrestrial Holocene paleo–dust records and fill existing regional gaps. Ombrotrophic (atmospherically–fed) peat bogs can be used to reconstruct dust deposition through elemental chemistry analysis. Multi–elemental data sets are commonly used infer net dust deposition rates, source changes, grain size, and mineral composition. Mineralogical identification of dust particles is particularly important because it allows both provenance tracing and increased understanding in climate and ecosystem feedbacks. Establishing mineralogy from elemental data of mixed mineral matrixes can however be challenging. X–ray diffraction analysis (XRD) is a standard technique for mineral identification which ideally requires removal of organic matter (OM). Therefore, a test procedure was undertaken where common OM removal methods were evaluated on bulk peat samples was therefore undertaken. The results showed that combustion at 500°C was most efficient in removing OM, while leaving the majority of minerals intact, but not all. In this Licenciate thesis, early result of a paleodust study from Draftinge Mosse, southern Sweden, are also outlined. Here, the method development mentioned above was applied, enabling a combination of elemental data with mineralogy. Future work includes minor and trace element analysis by ICP–AES and ICP–MS, evaluation of the reproducibility of single core reconstructions, tests of some of the methodological assumptions used in previous paleodust studies, source tracing and paleodust reconstruction from a second site (Gällsered Mosse). / Atmosfäriskt mineraldamm, mineralpartiklar som lyfts upp i atmosfären och avsätts via eoliska processer, spelar en komplex roll i klimatsystemet då partiklarna påverkar klimatet, samtidigt som rådande klimat också påverkar partikelmängden. De flesta hittills genomförda mineraldamms- studier har utförts på marina sediment eller iskärnor trots att mineraldammspartiklar i störst utsträckning deponeras på kontinenterna. Ombrotrofa mossar (högmossar) kan användas för att rekonstruera avsättning av mineraldamm över tid genom geokemiska analyser på olika djup i torvkärnor. Den kemiska sammansättningen ger information som kan användas för att härleda variationer i partikelmängd, källområden, kornstorlek, samt mineralogisk sammansättning. Bestämning av mineralen är av särskild vikt då det möjliggör identifikation av partiklarnas källområden samt ger kunskap om partiklarnas del i klimat- och ekosystem processer. Att via geokemiska data identifiera mineral prover av blandad sammansättning är dock utmanande, särskilt då många mineral har en liknande kemisk sammansättning. Röntgen diffraktions analys (XRD) är en standardmetod inom berggrundsgeologi för att identifiera mineral, som här används på torvprover. Metoden är icke-destruktiv, men kräver att provet är relativt rent från amorfa faser, så som organiskt material. Då torv innehåller stora mängder organiskt material (&gt;98 %), som dessutom karaktäriseras av att vara svårnedbrutet, utformades ett testprotokoll för att studera vilken metod som är bäst lämpad för att ta bort organiskt material från denna specifika jordtyp. Resultaten från genomförda tester visade att förbränning (500°C) är mest effektivt och även lämnade en majoritet av mineralen intakta, dock inte alla. I denna licenciatavhandling beskrivs även de övergripande målen med min forskning samt tidiga resultat från en mineraldammstudie från Draftinge mosse (Småland), där resultaten från metodstudien ovan applicerats och kombinerats med andra geokemiska data. Vidare arbete inom detta doktorandprojekt kommer innefatta ytterligare geokemiska analyser (spårämnesanalys med ICP-MS och ICP-AES) samt identifiering av källområden. Dessutom kommer ytterligare en mosse (Gällsered mossse) att studeras för förändringar i avsättning av mineraldamm under de senaste 7000 åren.

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Erhöhung der Leistungsfähigkeit von speziellen röntgenographischen Verfahren. Röntgenstrahlung ist die Grundlage für eine Vielfalt von werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungsmethoden. Zum einen ermöglicht sie die schnelle und zerstörungsfreie Überprüfung unterschiedlichster Bauteile auf makroskopische Defekte in verschiedenen Varianten der Röntgeninspektion. Auf viel kleinerer Skala erlauben es die Verfahren der Röntgenbeugung und -spektroskopie, Informationen über den kristallinen Aufbau der Werkstoffe zu gewinnen. Die Physikalische Werkstoffdiagnostik verfügt mittlerweile über eine große Bandbreite solcher Techniken. Ein kompendienhafter Gesamtüberblick der Methoden findet sich z. B. sehr praxisnah in [1]. So können Ein- bis Vielkristalle sowie amorphe Stoffe und Bauteile untersucht werden. Bezüglich der Genauigkeit, Geschwindigkeit, Kosten und Flexibilität eines Verfahrens muss ein Anwender aus dieser großen Methodenvielfalt die geeignete Methode für sein spezielles Ziel auswählen. Die Arbeit ist vordergründig auf die Verfahren der Kossel-Mikrobeugung, das Röntgen-Dreh-Schwenk-Verfahren (RDS), die Pseudo-Kossel-Technik, das neuartige Bremsstrahlinterferenzverfahren (BIV) und die Multi-Energie-Röntgeninspektion fokussiert. Eines der genauesten Verfahren zur Untersuchung von Einkristallen und grobkristallinen Vielkristallen ist die Kossel-Technik. Aus einer monochromatischen Strahlungsquelle, welche im Kristallgitter selbst liegt ('Gitterquelleninterferenz'), werden kegelschnittförmige Interferenzmuster auf einem Detektor abgebildet. Bei einer lateralen Auflösung von ca. einem Mikrometer sind daraus Präzisionsgitterkonstanten mit relativen Fehlern von bis zu 10−6 bestimmbar. Dies ermöglicht auch die Berechnung von Eigenspannungen mit hoher Genauigkeit. Das Kossel-Verfahren besitzt aber auch einige Nachteile, welche den Einsatz in der Praxis erschweren. So sind die Nutzkontraste insbesondere bei der Elektronenstrahlanregung sehr gering (Bremsstrahlung!), was die Erkennung der Reflexe schwierig macht. Aus diesem Grund befindet sich die (halb-) automatische Liniendetektion aktuell nur in der Anfangsphase, wodurch die Auswertung von Kossel-Aufnahmen arbeitsaufwendig und langsam ist. Bei den bisher entwickelten Ansätzen zur Berechnung von Gitterparametern und Eigenspannungen aus Kossel-Aufnahmen muss zudem der Abstand zwischen Probe und Detektor ausgemessen werden. Die dabei entstehenden Fehler stellen die entscheidende Grenze für die Genauigkeit des Verfahrens dar. Auf der Suche nach einer alternativen Herangehensweise wurden in der Arbeitsgruppe für Physikalische Werkstoffdiagnostik des IfWW der TUD die mathematischen Fokalkurven nach rund 60 Jahren der weltweiten Nichtbeachtung wiederentdeckt. Diese sollten es ermöglichen, den Zusammenhang zwischen der Gesamtheit der Beugungsreflexe und dem Kristall aus einer einzigen Aufnahme heraus herzustellen. In der vorliegende Arbeit soll zur Nutzung der Fokalkurven ein neuer Auswertungsansatz entwickelt werden. Die Anforderung an diese Herangehensweise ist es zudem, Gitterparameter, Orientierungen und Eigenspannungen mit hoher Genauigkeit sowie Präzision ermitteln zu können, auch wenn die Kontrastverhältnisse in den Aufnahmen niedrig sind. Neben der Kombination aus Werkstoffwissenschaft, Kristallographie und Geometrie ist daher auch eine geeignete Bildverarbeitung oder Reflexsuche nötig. Eng verwandt mit der Kossel-Technik ist das Röntgen-Dreh-Schwenk-Verfahren (RDS) [2]. Es entstehen ebenfalls kegelschnittförmige Reflexe auf dem Detektor, welche aufgrund der Röntgenanregung deutlich bessere Kontrastverhältnisse aufweisen. Neue Auswertungsmethoden für die Kossel-Technik sollten sich also direkt und ohne Anpassungen auf RDS übertragen lassen. Die zur Bestätigung notwendigen Tests sind auch ein Bestandteil dieser Arbeit. Große Ähnlichkeit zum Kossel-Verfahren besitzt die Pseudo-Kossel-Technik. Die Strahlungsquelle befindet sich hierbei aber nicht im Kristall, sondern über der Kristalloberfläche. Dadurch entstehen zusätzliche Einstellmöglichkeiten für den Anwender, was bspw. deutlich bessere Kontrastverhältnisse bei theoretisch vergleichbarer Genauigkeit im Vergleich zur Kossel-Technik bedeutet. Die entstehenden Reflexmuster bestehen aber zum größten Teil nicht aus Kegelschnitten und können durch diese höchstens angenähert werden. Eine weitere Facette dieser Arbeit ist es deshalb, zu überprüfen, ob bzw. wie gut eine Näherung mit dem zu entwickelnden Kossel-Auswertungsalgorithmus ist. Zudem soll eine Möglichkeit zur Simulation der Pseudo-Kossel-Linien geschaffen werden. Aus Sicht der Abbildungsgeometrie ist das Bremsstrahlinterferenzverfahren der Pseudo-Kossel-Technik ähnlich. Bei dieser Eigenentwicklung der Arbeitsgruppe für Physikalische Werkstoffdiagnostik des IfWW der TUD wird statt niederenergetischer charakteristischer Strahlung die deutlich energiereichere Bremsstrahlung zur Abbildung genutzt. In Transmission können dabei Volumeninformationen des Kristallgitters von massiven Proben und Bauteilen gewonnen werden. Durch eine Erweiterung dieser Methodik um eine dreidimensionale Komponente könnte das gesamte Probenvolumen untersucht werden. Zudem zeigten sich bei den bisher angefertigten Aufnahmen dieser Methode verschiedenartige Phänomene und ein komplexes Interferenzmuster. Deren Interpretation ist auch Gegenstand dieser Arbeit. Im Bremsstrahlinterferenzverfahren ist aufgrund der Transmissionsgeometrie auch der radiographische Schatten der Probe zu sehen. Dieser verändert sich bei Unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen der Röntgenröhre, da die Schwächungskoeffizienten der aufgenommenen Werkstoffe abhängig von der Energie der einzelnen Röntgenquanten bzw. dem Röhrenspektrum sind. Bei der Multi-Energie-Röntgeninspektion wird dies ausgenutzt, um einerseits optimal belichtete Ergebnisbilder zu generieren, welche mit einer einzelnen Beschleunigungsspannung nicht möglich wären. Zum anderen erlaubt es diese Methode prinzipiell, unterschiedliche Werkstoffe voneinander zu unterscheiden, obwohl die sichtbaren Intensitäten auch von der Dicke bzw. Dichte des Materials abhängen. Vielfach werden tomographische Methoden mit energiedispersiven Detektoren kombiniert, um Multi-Energie-Aufnahmen aufzunehmen bzw. auszuwerten. Der in dieser Arbeit verfolgte Ansatz nutzt zunächst nur einfache Radiographien unterschiedlicher Beschleunigungsspannungen an einem Detektor ohne spektrale Auflösung, um durch geeignete Modellansätze die Unterschiede der Schwächung in verschiedenen Bildbereichen sichtbar zu machen. Es soll weiterhin überprüft werden, ob bzw. wie diese Schwächungsunterschiede als Werkstoffunterschied deutbar sind. Insgesamt ist das Ziel dieser Arbeit, eine neue abstandsmessungsfreie Auswertungsstrategie für Kossel-und RDS-Aufnahmen zu entwickeln und diese auf das Pseudo-Kossel-Verfahren zu übertragen bzw. ein entsprechend angepasstes Modell zu erarbeiten. Für das Bremsstrahlinterferenzverfahren soll ein Modell entstehen, welches die beobachteten Reflexmuster und Interferenzphänomene beschreibt und einen Rückschluss aus der Aufnahme auf den Beugungsort im Kristall ermöglicht. Zudem ist ein Ansatz der Multi-Energie-Diagnostik zu erarbeiten, welcher sowohl kontrastreiche Ergebnisbilder als auch die Unterscheidung verschiedener Werkstoffe mit geringem Unterschied im Schwächungskoeffizienten ermöglicht. Der Nachweis der Leistungsfähigkeit der verbesserten Methoden soll begleitend an aussagekräftigen Beispielen demonstriert werden.

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Dry reforming of methane is an important reaction to generate syngas from two greenhouse gases. The syngas can be used in Fishcher-Tropsch synthesis to produce valueded chemicals. Chapter I reviews the catalytic conversion of methane and carbon dioxide to syngas, including DRM reaction chemistry, catalysts used in this process, catalyst deactivation, and the kinetics of DRM reaction. Chapter II discusses the development of bimodal pore NiCeMgAl catalysts for DRM reaction. Bimodal pore NiCeMgAl catalysts were synthesized via the refluxed co-precipitation method and systematically investigated the influence of active metal loading, calcination temperature, reduction temperature and gas hourly space velocity (GHSV) on the catalytic performance of DRM reaction. The Ni15CeMgAl sample with 15 wt% NiO loading was found to be active enough at 750 °C with a high CH4 conversion of 96.5%. The proper reduction temperature for the NiCeMgAl catalyst is either 550–650 °C or 850 °C. Higher calcination temperature favors the formation of NiAl2O4 and MgAl2O4 spinel structures. Compared with non-bimodal pore NiCeMgAl catalyst, bimodal pore NiCeMgAl catalyst has a longer stability in the feed gas without dilution. In chapter III, the kinetic behavior of bimodal pore NiCeMgAl catalyst for DRM reaction was investigated after the elimination of external and internal diffusion effects in a fixed-bed reactor as a function of temperature and partial pressures of reactants and products. A Langmuir-Hinshelwood model was developed assuming that the carbon deposition is ignorable but the RWGS reaction is non-ignorable and the removal of adsorbed carbon intermediate is the rate-determining step. A nonlinear least-square method was applied to solve the kinetic parameters. The derived kinetic expression fits the experimental data very well with a R2 above 0.97, and predicts the products flow rate satisfactorily. Chapter IV documents the results of in situ XRD study on the NiMgAl catalyst for DRM reaction. The phase evolution of a NiMgAl oxide catalyst at the reduction stage was qualitatively analysed and quantitatively determined by employing the continuous changes in XRD intensity and TPR information. The stable crystallite size of both active metal and spinel support is responsible for the long stability of NiMgAl catalyst without carbon deposition during the DRM reaction.