Heidelberg, Univ., Diss., 2006.

Hungary’s share of renewable energy in 2010 was 7.9 %, and their renewable energy goal for 2020 is 14.65 %. Geothermal energy is one option that could help to achieve the goal, since Hungary has favorable bedrock, the temperature gradient is above average and thepermeability is high. Today Hungary is importing just over half of its primary energy supply. Because of political conflicts between nations Hungary wants to expand its own production of energy. One of the major investments implemented was to build the largest geothermal heating plant in central Europe, located in Miskolc. This degree theses aims is to raise the capacity factor for this heating plant. To achieve this objective, a survey of how grain dryers and absorption chillers could increase the heat load in the summer has been performed. With grain dryers that only dries wheat, the capacity factor for the geothermal heating plant in Miskolc increased by 2.6 % and by 4.4 % for the absorption chiller. Although surveys have been carried out for a specific case the idea can be implemented in other heating plants. Keywords: Capacity factor, geothermal energy, wheat dryers and absorptions chiller.

Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2001.

Die Arbeit gibt einen Ueberblick ueber die wesentlichen Prozesse bei der Wechselwirkung nichtisothermer Plasmen mit Polymeroberflaechen. Der Schwerpunkt liegt auf der infrarotspektroskopischen Diagnostik der Modifizierung der Modellpolymere Polyethylen und Polystyren im direkten Kontakt mit Hochfrequenzniederdruckentladungen in Argon, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Tetrafluormethan. Zur Charakterisierung der Polymermodifizierung werden speziell entwickelte Praeparations- und in situ Analyseverfahren auf Grundlage der abgeschwaechten Totalreflexion sowie der Reflexions-Absorptions-Spektroskopie eingesetzt. Unter Hinzuziehung weiterer Analyseverfahren und chemischer Derivatisierungs- reaktionen werden Strukturveraenderungen der Polymeroberflaeche im Ergebnis unterschiedlicher Plasmabehandlungen charakterisiert. Die Konkurrenz von Auf- und Abbauprozessen als wesentlicher Aspekt der Dynamik der Polymer- modifizierung wird herausgestellt. An ausgewaehlten Beispielen werden strukturelle Besonderheiten der modifizierten Polymeroberflaeche vor und nach Erreichen stationaerer Verhaeltnisse untersucht. Mittels unterschied- licher Methoden erfolgt eine Bestimmung von Tiefenprofilen. Eine Reihe von Experimenten ist auf die Separation der Beitraege einzelner Plasma- komponenten zur Gesamtwirkung des Niederdruckplasmas gerichtet.

LKAB behöver kyla till sina processer för att kunna förädla järnmalm. Ökad tillgång på elektronik och efterfrågan på komfortkyla breder ut sig i samhället idag, vilket leder till ett ökat kylbehov. Flertalet gamla kylanläggningar på LKAB i Kiruna börjar uppnå sin livslängd och behöver ersättas med nya maskiner och ny teknik. Då är utbyggnad av fjärrkylanätet som idag levererar kyla till KK4, KA3 och SAK-labb/kontor extra intressant. Istället för att ersätta gamla kylmaskiner i andra byggnader med nya kan man ansluta sig till de berörda fjärrkyalnätet. Det är ett nät där absorptionskylmaskiner och frikyla tillgodoser kylbehoven vilket även är ett bra val ur en miljömässig synpunkt då man nyttjar spillvärme. Idag klarar detta system av att leverera kyla till nuvarande kunder men frågan är hur mycket mer man kan ansluta till samma nät och vart begränsningarna ligger. Tittar man bara på kylmaskinerna ska man kunna ta ut 3MW kyla vilket är tre gånger så mycket som levereras idag. Begränsningarna ligger således inte där utan det är i de olika kretsarna till/från kylmaskinerna. I denna studie har mätvärden bakåt i tiden varit nödvändiga då endast frikyla använts under tidsperioden då detta examensarbete har utförts. Problem med loggning av data, felinställda givare och avsaknad av mätare har gjort att konkreta beräkningar uteblivit. Denna studie får ses som ett första steg mot en eventuell utökning av kylnätet. Konkreta förslag på hur man ska komma vidare för att kunna utnyttja nuvarande kylanläggnings hela potential tas upp i rapporten. Kan man i framtiden bygga ut fjärrkylnätet skulle man minska elanvändningen och underhållskostnaderna då man får ett färre antal kylmaskiner. / To refine iron ore products cooling is needed at LKAB. The increase of electronic devices and comfort cooling leads to higher cooling demands everywhere in society. Many old cooling machines soon are going to reach the end of their life span and needs to be replaced at LKAB in Kiruna. The development of the current district cooling grid is therefore interesting. Instead of replacing old machines in other buildings with new ones they can be connected to the existing grid. It is consisting of two absorption machines and free cooling and delivering cooling to the buildings KK4, KA3 and SAK-lab/office. The energy to the machines came from waste heat which is good for the efficiency and for the environment. Today the cooling system can manage the demands but how much can be connected to the grid in the future and where the limitations is for the current cooling system has yet no answer. The capacity of the absorption cooling is about 3MW and it is three times more than what is delivered today. So, the limitations are not the installed capacity but instead the different circuits in and out to the cooling machines. In this study previous measurements were important because only free cooling was used during this project. Problems with sensors, logging data and missing flowmeter made it impossible to do concrete calculations. Instead this study is a first step in the right direction to development of the district cooling system well as suggestions for future work. If the grid can be used to full potential the power consumption and the maintenance cost will decrease which is good for the environment and the economy.

<p>  </p> <p>Betavoltaics are self-contained  radioisotope power sources where radioisotopes irradiate a semiconductor and  generate electricity similar to a photovoltaic cell. Betavoltaics differ from  other power sources as it is ideal for long-lasting (>20 years), low,  continuous power applications where battery replacement is not feasible. Ideal  functions for betavoltaics include sensors in hard to reach places such as  underwater and deep space applications, as well as cardiac pacemakers where  power source replacement is undesirable or impossible. However, betavoltaics  are limited in application by its power output since it only produces power in  the nanowatt range. Betavoltaic performance can be improved by two methods:  Increasing the amount of activity of the radioisotope or increasing the  performance of the semiconductor. Currently, commercial betavoltaics utilize a  titanium tritide film to irradiate a gallium arsenide semiconductor. The  objective of this dissertation is to identify a tritium storage medium that  can produce more power in the betavoltaic than the currently used titanium  tritide. This was done in three steps: First, metal film options were  simulated in MCNP to evaluate tritium substrate self-shielding, semiconductor  beta irradiation and determine ideal thicknesses. Second, metal film options  at ideal thicknesses were manufactured and evaluated during the hydrogen  loading process to determine the viability of materials fully absorbing  hydrogen. Lastly, the loading kinetics would be evaluated to further investigate  hydride/tritide formation in the storage medium if full loading is not  realized to determine the ideal thickness required, or if other factors during  the loading process need to be considered.</p> <p>Metallic films were evaluated to  maximize tritium packing and optimized for minimizing self-shielding to  improve performance for betavoltaic cells beyond the titanium tritide films  currently used. Ideal, fully loaded tritium metallic films, such as lithium,  aluminum, titanium, magnesium and palladium tritides, were simulated in MCNP6  (Monte Carlo N-Particle 6) to evaluate power deposition into a gallium  arsenide semiconductor by varying the thickness of the films. Lithium was  identified as the best storage option with an optimal thickness of 4 μm and a  theoretical betavoltaic current output of 644 nA for a gallium arsenide  semiconductor, tripling the current output emitted by an ideal titanium-loaded  film. </p> <p>The viability of lithium and  aluminum film loading were evaluated in the hydrogen loading system while comparing  to titanium as a benchmark. Unlike titanium and aluminum films where films  were in a solid state through the loading process, lithium has to be melted  into a liquid state to be loaded. The uptake of hydrogen by the films was  determined by Sievert's method, where the pressure drop recorded by the  Hydrogen Loading System was the measured pressure of hydrogen absorbed by the  film. All film loadings showed a pressure drop that corresponded to the  expected pressure drop from loading. The films were characterized after  loading to confirm hydrogen absorption and formation of hydride. Both lithium  and titanium demonstrated hydride formation while the aluminum did not.</p> <p>The pressure drops during loading  were compared to the Mintz-Bloch model. For some loadings in all materials,  there was good correlation between experimental loadings and Mintz-Bloch  models, primarily due to the hydride formation happening quickly. Differences  can be explained from the speed of the hydride reaction and thermal  decomposition of the hydride during loading. The Mintz-Bloch model further  confirmed that the aluminum did not form a hydride during loading.</p> <p>Lithium was demonstrated to be a  viable hydrogen loading substrate. The film was characterized to be lithium  hydride after hydrogen loading and its loading kinetics matched very well with  the Mintz-Bloch model. Aluminum was demonstrated to not be viable as a  hydrogen loading substrate as it requires significantly higher pressures,  beyond the allowed limits for tritium handling, to form a hydride and  permanently hold when exposed to atmosphere.</p>

Im Rahmen dieser Arbeit wurden vier Phthalocyanine untersucht: Metallfreies-Phthalocyanin (H2Pc), Kupferphthalocyanin (CuPc) und Fluor-substituiertes Phthalocyanin (F4CuPc und F16CuPc). Das Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung der elektronischen und chemischen Eigenschaften der Grenzflächen zwischen diesen Molekülen und Silizium. Die Moleküle wurden durch organische Molekularstrahldeposition (OMBD) im Ultrahochvakuum auf wasserstoffpassivierte Si(111)-Substrate aufgedampft. Oberflächensensitive Messmethoden wie Photoemissionsspektroskopie (PES), Bremsstrahlung Isochromaten Spektroskopie (BIS oder IPES - Inverse Photoemissionsspektroskopie) und Spektroskopie der Röntgen-Absorptions-Feinstruktur (NEXAFS – Near Edge X-Ray Absorption Fine Structure) wurden zur Charakterisierung eingesetzt. Um eine Zuordnung der verschiedenen Komponenten in PES und IPES zu ermöglichen, wurden Methoden der Dichtefunktionaltheorie zur theoretischen Berechnung eingesetzt. Die Energieniveauanpassung an der Grenzfläche zwischen der organischen Schicht und der H-Si-Grenzfläche, sowie die Transportbandlücke von H2Pc, CuPc, F4CuPc und F16CuPc wurden mit Hilfe von PES und IPES bestimmt. Die NEXAFS-Messungen ermöglichten eine genaue Bestimmung der Molekülorientierung relativ zum Substrat. Die Auswertung der Daten zeigte unterschiedliche Molekülorientierungen in dünnen und dicken Filmen. Diese Änderungen wurden mit dem bandverbiegungsähnlichen Verlauf der HOMO-und LUMO-Positionen in Verbindung gebracht. Zusätzlich zu diesem Verhalten wiesen die Grenzflächen auch einen Grenzflächendipol auf, welcher durch die unterschiedlichen Austrittsarbeiten der Kontaktmaterialien hervorgerufen wird. Der Einfluss des Grads der Flouridierung wird durch eine ähnlichen Zunahme der Elektronenaffinität (EA), der Austrittsarbeit (WF) und der Ionisierungsenergie (IE) bestätigt. Die elektronischen Eigenschaften von Metall/organische-Schicht-Grenzflächen und von organischen Schichten unter Sauerstoffeinfluss wurden mit Hilfe von PES und IPES untersucht. Die Ag/Pc Grenzflächen zeigten eine Mischung aus HOMO-LUMO-Verschiebungen und Grenzflächendipolbildung. An den Ag/H2Pc- und Ag/F16CuPc- Grenzflächen wurde ein Ladungstransferkomplex gebildet. Auf der CuPc-Schicht physisorbiert das Ag lediglich und im Fall von F4CuPc wird Ladung zu Ag transferiert, wobei eine andauernde n-Typ-Dotierung an der Grenzfläche erzeugt wird. In Analogie zum Fall der Pc/H-Si Grenzfläche wiesen die Dipole, die hier gefunden wurden, eine lineare Abhängigkeit von EA, WF und IE auf und können durch die Differenz zwischen den Austrittsarbeiten vorausgesagt werden. Das Verhalten der dicken organischen Schichten unter Sauerstoffeinfluss kann in zwei Gruppen eingeteilt werden. Eine Gruppe, bestehend aus H2Pc und F4CuPc, wies nur schwache Wechselwirkung auf und der Sauerstoff physisorbiert auf der Pc-Schicht. Die beiden anderen Moleküle, CuPc und F16CuPc konnten einer Gruppe starker Wechselwirkung zugeordnet werden. CuPc bildet einen Ladungstransferkomplex mit Sauerstoff und auf F16CuPc wird eine polarisierte Schicht gebildet. / In the context of this work four Phthalocyanine were studied: Metal-free Phthalocyanine (H2Pc), Copper Phthalocyanine (CuPc) and fluorine-substituted Phthalocyanine (F4CuPc and F16CuPc). The goal of this work is the electronic and chemical characteristics of the interfaces. The molecules were deposited by organic molecular beam deposition (OMBD) in the ultra high vacuum on hydrogen-passivated Si(111)-Substrate. Surface sensitive techniques such as photoemission spectroscopy (PES), bremsstrahlung isochromate spectroscopy (BIS or IPES - inverse photoemission spectroscopy) and near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS) were used for characterisation. Theoretical computations by density functional theory methods were employed, in order to assign different components in PES and IPES. The energy level alignment at the organic/H-Si interface, as well as the transport gap of H2Pc, CuPc, F4CuPc and F16CuPc were determined by PES and IPES. The NEXAFS measurements determine the exact molecular orientation with respect to the substrate. The evaluation of the data showed different molecular orientation in the thin and thick films. This change was correlated with the band bending like behaviours that emerged at these interfaces. In addition to the band bending like behaviour, the interfaces show also an interface dipole which is driven by the work function difference between the contact materials. The influence of the degree of fluorination is confirmed in the similar increase of the EA, WF and IE. The electronic properties of metal/organic layer interfaces and of organic layer under oxygen influence were examined by PES and IPES. The Ag/Pc interfaces show a mixture of HOMO-LUMO shifts and interface dipole formation. A charge transfer complex is formed in the case of Ag/H2Pc and Ag/F16CuPc interfaces. Ag is physisorbed atop the CuPc. Charge transfers from F4CuPc to Ag creating a continuous n-type doping at the interface. Similar to the Pc/H-Si interfaces the interface dipoles found here show a linear dependence on the EA, WF and IE and can be predicted by the difference in the work functions. The data evaluation of oxygen exposed thick films determined two groups of behaviours. The weak interaction group is represented by H2Pc and F4CuPc, Pcs on which oxygen is physisorbed. The strong interaction group contains the other two molecules CuPc and F16CuPc. CuPc forms a charge transfer complex with oxygen and on top of F16CuPc a polarized layer is formed.

Die große Vielfalt an organischen Komplexen, kombiniert mit der Möglichkeit, die chemische Reaktivität und den elektronischen Grundzustand unterschiedlicher Komplexe innerhalb derselben Molekülfamilie abzustimmen, machen solche Materialien für elektronische Anwendungen attraktiv. Auf Grund ihrer langen Spin-Lebensdauer sind Moleküle auch für Spintronik-Anwendungen sehr geeignet. In dieser Arbeit werden die Grenzflächen zwischen organischen Halbleitern und Metallen sowie zwei organischen Halbleitern durch spektroskopische Techniken untersucht. Das erste Kapitel beinhaltet eine allgemeine Einführung zu organischen Halbleitern und Eigenschaften von Grenzflächen. Im experimentellen Teil werden die untersuchten Moleküle und verwendeten Messmethoden detailliert vorgestellt. Der dritte Teil dieser Arbeit zeigt die Auswirkung verschiedener Substrate (Co und Ni) oder Molekülkombinationen (CoPc und FePc) auf die Wechselwirkungs- und Ladungsübertragungskanäle. In dem nachfolgenden Teil werden elektronische Zustände und Wechselwirkungen an Organik-Organik Grenzflächen am Beispiel von VOPc/F16CuPc und F16CoPc/rubren diskutiert. Der letzte Teil dieser Arbeit zeigt, wie die Eigenschaften der Substrate und die Modifikation der Moleküle die molekulare Orientierung beeinflussen können.

In dieser Arbeit werden kalt-abgeschiedene Mehrkomponentenschichtelektroden hin-sichtlich ihrer elektrokatalytischen Eigenschaften untersucht. Die Mehrkomponenten-schichten aus Gold, Nickel und ggf. Antimon werden auf einem Kohlenstoffträgermaterial abgeschieden. Dabei handelt es sich um Metallkomponenten, die sich unter ther-modynamischen Bedingungen nicht mischen. Unter UHV-Bedingungen wird ein hochdispergierter bzw. amorpher Zustand erzwungen. Die frisch hergestellte Mehrkomponentenschicht ist elektrochemisch inert. Zyklovoltammetrische Untersuchungen führen zu dem Schluß, daß sich die Oberflächenschicht im elektrochemischen Experiment verändert. Die Elektrooxidation der Alkohole Methanol, Ethanol und Ethylenglykol in KOH-Lösung tritt erst nach einer Aktivierungsphase auf. Die elektrokatalytischen Eigenschaften der reinen Metalle treten zutage. Mittels der in situ Infrarotspektroskopie werden Formiat, Acetat und Glykolat als Oxidationsprodukte der obengenannten Alkohole identifiziert. Oberflächen-Ramanmessungen werden unter der Fragestellung durchgeführt, ob die kalt-abgeschiedenen Schichten einen Oberflächenverstärkungseffekt (SERS-Effekt) zeigen: Es werden Ramanmessungen von Pyridin als Sondenmolekül in KOH-Lösung an Mehrkomponentenschichtelektroden und an massiven Mehrkomponentenelektroden durchgeführt. / The electrooxidation of methanol, ethanol and ethylene glycol at cold deposited trimetallic thin layers of gold, nickel and antimony on glassy carbon in contact with an alkaline electrolyte solution was studied with cyclic voltammetry and in situ infrared reflection absorption spectroscopy. A new procedure of spectra acquisition resulting in an improved suppression of spurious bands caused by volatile components in the sample chamber of the infrared spectrometer was employed. Formate, acetate and glycolate are detected as oxidation products. The thin layer electrodes are also investigated with Raman spectroscopy (surface enhanced Raman spectroscopy), whereby pyridine is used as probe molecule.

Die Arbeit gibt einen Ueberblick ueber die wesentlichen Prozesse bei der Wechselwirkung nichtisothermer Plasmen mit Polymeroberflaechen. Der Schwerpunkt liegt auf der infrarotspektroskopischen Diagnostik der Modifizierung der Modellpolymere Polyethylen und Polystyren im direkten Kontakt mit Hochfrequenzniederdruckentladungen in Argon, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Tetrafluormethan. Zur Charakterisierung der Polymermodifizierung werden speziell entwickelte Praeparations- und in situ Analyseverfahren auf Grundlage der abgeschwaechten Totalreflexion sowie der Reflexions-Absorptions-Spektroskopie eingesetzt. Unter Hinzuziehung weiterer Analyseverfahren und chemischer Derivatisierungs- reaktionen werden Strukturveraenderungen der Polymeroberflaeche im Ergebnis unterschiedlicher Plasmabehandlungen charakterisiert. Die Konkurrenz von Auf- und Abbauprozessen als wesentlicher Aspekt der Dynamik der Polymer- modifizierung wird herausgestellt. An ausgewaehlten Beispielen werden strukturelle Besonderheiten der modifizierten Polymeroberflaeche vor und nach Erreichen stationaerer Verhaeltnisse untersucht. Mittels unterschied- licher Methoden erfolgt eine Bestimmung von Tiefenprofilen. Eine Reihe von Experimenten ist auf die Separation der Beitraege einzelner Plasma- komponenten zur Gesamtwirkung des Niederdruckplasmas gerichtet.