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Etwa ein Drittel des Gesamtendenergieverbrauchs entfällt auf den Transportsektor, dessen Energieverbrauch zu rund 98 % über fossile Kraftstoffe (maßgeblich Mineralöl) abgedeckt wird [70], [71], [91]. Gleichzeitig ist der Transportsektor eine der Hauptursachen für den Ausstoß anthropogener Treibhausgasemissionen. Mobilität (insbesondere von Personen und Gütern) ist für die gesellschaftliche und wirtschaftliche Entwicklung unverzichtbar und nach wie vor ein überdurchschnittlich wachsender Bereich [103]. Weltweit wird sich die Anzahl der Kraftfahrzeuge von ca. 700 Mio. Personenwagen im Jahr 2000 auf etwa 1,3 Mrd. Personenwagen im Jahr 2030 nahezu verdoppeln; gleiches gilt für den damit einhergehenden Verbrauch an Endenergie [302]. Hingegen wird in Deutschland von einem um 9 % sinkenden Energieverbrauch gegenüber 2005 auf 2 EJ/a im Jahr 2030 ausgegangen; in den Mitgliedsstaaten der EU-27 hingegen wird ein Anstieg um 14 % gegenüber 2005 auf 17,7 EJ/a im Jahr 2030 erwartet [71], [72]. [... aus der Einleitung]

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Die Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie ist prinzipiell in der Lage, Mikroorganismen auf Stammesebene zu trennen und zu differenzieren. Das Projekt hat zum Inhalt, bestehende FT-IR-Datenbanken um handelsübliche probiotische Futterzusatzstoffe zu erweitern. Nach der erfolgreichen Erarbeitung einer Datenbank zur sicheren Differenzierung von ubiquitären und probiotischen B. cereus-Stämmen wurden die Datenbanken um probiotische Sporenbildner der Spezies B. subtilis und B. licheniformis sowie um probiotische Milchsäurebakterien (Enterococcus, Lactobacillus, Pediococcus) erweitert. Alle probiotischen Stämme lassen sich sicher von ubiquitär vorkommenden Mikrooganismen der gleichen Spezies trennen, zumeist gelingt auch die Differenzierung der Probiotika untereinander. Diese einfache, preiswerte, schnelle und dennoch exakte Methode stellt einen enormen Fortschritt für die Futtermittelmikrobiologie dar.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau von Nanokristall-LEDs. Dazu werden der Synthese, der Abscheidung und dem Aufbau und der Charakterisierung von Nanopartikeln und LEDs Platz eingeräumt. CdTe-Nanopartikel werden über eine wässrige Synthese, die auf elektrochemisch erzeugten Tellurwasserstoff beruhte, hergestellt. Der Vorteil besteht im geringen Aufwand und der guten Reproduzierbarkeit. Es konnte festgestellt werden, dass sich ein hoher Überschuss an Cadmiumionen in der Lösung positiv auf die Wachstumsgeschwindigkeit der Nanopartikel auswirkt. Statt des anfänglich benutzten Layer-by-Layer-Tauchverfahrens wurde ein Layer-by-Layer-Sprühverfahren entwickelt, das die schnelle Herstellung homogener Filme, bestehend aus alternierenden Schichten einer Matrix und der Nanopartikel, ermöglichte. Nachteilig ist der hohe Verbrauch an Nanopartikeln gegenüber dem Tauchverfahren. Dem Tauchverfahren lastet der Umstand an, die kolloidalen Lösungen durch häufiges Eintauchen des Substrats zu verunreinigen. Dies wird beim Sprühverfahren vermieden, da alles nicht adsorbierte Material nach unten abfließt. Es wurde gezeigt, dass sich Polyelektrolyte durch anorganische Gele ersetzen lassen, die über einen Sol-Gel-Prozess darstellbar sind, wobei es möglich wurde „All inorganic“-LEDs aufzubauen mit dem Vorteil der hohen Temperaturstabilität. Wobei sich die Reinheit der dargestellten Aluminiumoxid-Sole stark auf das Bestreben Aluminiumoxid-Kristalle zu bilden, auswirkt, die die Funktionsfähigkeit der LED behindern können. Die Verwendung einer isolierenden Matrix wie Poly-(diallyldimethylammoniumchlorid) oder Aluminiumoxid als Zwischenschicht zum Aufbau von mehrlagigen Nanopartikelschichten stellte sich als unproblematisch heraus, da sich Ladungsträger über einen „hopping“-Mechanismus zwischen den Halbleiternanopartikeln bewegen können. Größere Probleme bereitete die Verwendung von Nanopartikeln größerer Bandlücken wie ZnSe (2,7eV) als Elektrolumineszenz-Emitter. Es konnte nur eine weissbläuliche Emission beobachtet werden. Mit Nanopartikeln kleiner Bandlücke wie CdTe (1,6eV) wurde eine schmalbandige rote Emission festgestellt. Vorteilhaft erwies sich die Verwendung von Kern-Schale-Teilchen wie CdSe/CdS. Mit einer Matrix aus Aluminiumoxid-Gel konnte eine LED mit sehr niedriger Onset-Spannung (2,3V) hergestellt werden, die eine Lebensdauer von 33,5h besaß und noch bei einer Temperatur von 150°C emittierte. Ein weiterer Weg Nanopartikel zu stabilisieren, stellt der Einbau in makrokristalline Einkristalle durch Mischkristallbildung in Wasser oder organischen Lösungsmitteln dar. Die erhaltenen Kristalle zeichnen sich durch hohe photochemische und thermische Stabilität aus. Sie zeigen die Emissionseigenschaften der Nanopartikel, die nach Auflösung der Matrix wieder kolloidal in Lösung gehen. Allerdings liegen die Nanopartikel in der Kristallmatrix nicht regulär verteilt vor. Die Mischkristalle wurden erfolgreich als Luminophor in einer Gasentladungslampe und als Konversionsschicht einer kommerziellen LED getestet, die die Emission der Nanopartikel aufwies.

Im Rahmen der Arbeit wurde die Pelletierung von Braunkohlenfaserholz (Braunkohlenxylit) in Kombination mit unterschiedlichen Biomassen (Holzhackschnitzel, Waldhackschnitzel, Rapsstroh, Weizenstroh) untersucht, wobei für die Pelletierung Ring- und Flachmatrizenpressen eingesetzt wurden. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Bindemittel (Kartoffelstärke und Zellleim) auf die Agglomeratqualität untersucht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Pelletierung von Xylit-Biomasse-Mischungen, unter Beachtung der spezifischen Rohstoffeigenschaften und des Pressaggregats, problemlos möglich ist. Allerdings erreichen die bisher hergestellten Verbundpellets noch nicht die Qualität von Holzpellets.

The biofilm-associated protein (Bap) of Staphylococcus aureus is a high molecular weight cell-wallanchored protein involved in biofilm formation, first described in bovine mastitis strains from Spain. So far, studies regarding Bap were mainly based on the Spanish strain V329 and its mutants, but no information on the genetic variability of bap-positive Staph. aureus strains is yet available in the literature. The present study investigated the molecular characteristics of 8 bap-positive Staph. aureus strains from subclinical bovine mastitis, isolated in 5 herds; somatic cell counts (SCC) of milk samples were also registered. Strains were characterised using MLST, SPA typing and microarray and the results were compared with V329. All isolates from this study and V329 were assigned to ST126, t605, but some molecular differences were observed. Only herd A and B strains harboured the genes for β-lactams resistance; the leukocidin D/E gene, a type I site-specific deoxyribonuclease subunit, 3rd locus gene and serin-protease A and B were carried by all strains, but not by V329, while serin-protease E was absent in V329 and in another isolate. Four isolates and V329 harboured the fibronectin-binding protein B gene. SCC showed the highest value in the milk sample affected by the only strain carrying all the virulence factors considered. Potential large variability of virulence was evidenced among V329 and all bap-positive Staph. aureus strains considered: the carriage of fnb could enhance the accumulation of biofilm, but the lack of lukD/E and splA, B or E might decrease the invasiveness of strain.

We report the application of a novel optical Raman-based measurement technique for the simultaneous determination of the progress of mixing on the micro- and on the macro-scale. The introduced measurement technique is applicable to mixing systems containing one compound, which potentially can form hydrogen bonds, such as water, alcohols or amines, and does not rely on the addition of traces of indicator compounds. Here we demonstrate its applicability by analyzing the lag of micro-mixing behind macro-mixing when liquid ethanol is injected into a supercritical bulk environment mainly composed of carbon dioxide (CO2). While the degree of mixing on the macro-scale is determined from the ratio of the intensities of characteristic Raman signals of ethanol and CO2, the degree of mixing on the micro-scale is determined from the shape of the OH stretching vibration Raman signal of ethanol, which is a function of the development of hydrogen bonds.

Metal–organic frameworks (MOFs) are emerging as an appealing class of highly tailorable electrically conducting materials with potential applications in optoelectronics. Yet, the realization of their proof-of-concept devices remains a daunting challenge, attributed to their poor electrical properties. Following the authors’ recent report on a semiconducting Fe₃(THT)₂(NH₄)₃ (THT: 2,3,6,7,10,11-triphenylenehexathiol) 2D MOF with record-high mobility and band-like charge transport, here, Fe₃(THT)₂(NH₄)₃ MOF-based photodetector operating in photoconductive mode capable of detecting a broad wavelength range from UV to NIR (400–1575 nm) is demonstrated. The narrow IR bandgap of the active layer (≈0.45 eV) constrains the performance of the photodetector at room temperature by band-to-band thermal excitation of charge carriers. At 77 K, the device performance is significantly improved; two orders of magnitude higher voltage responsivity, lower noise equivalent power, and higher specific detectivity of 7 × 10⁸ cm Hz¹/² W⁻¹ are achieved under 785 nm excitation. These figures of merit are retained over the analyzed spectral region (400–1575 nm) and are commensurate to those obtained with the first demonstrations of graphene and black phosphorus based photodetectors. This work demonstrates the feasibility of integrating conjugated MOFs as an active element into broadband photodetectors, thus bridging the gap between materials’ synthesis and technological applications.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz biogener Ersatzbrennstoffe bei der motorischen Verbrennung. Zum einen wurden die laminaren Brenngeschwindigkeiten von Ethanol und iso-Butanol sowie Gemischen mit iso-Oktan bestimmt. Es konnten Messwerte für die Validierung von numerischen Mechanismen sowie Parameter für die Abbildung der Temperatur- und Druckabhängigkeit der Brenngeschwindigkeit bestimmt werden. Der Vergleich der Messverfahren zeigt eine gute Übereinstimmung. Zum anderen wurden die Auswirkungen der Beimischung von Wasserstoff auf die Abgaszusammensetzung und den Wirkungsgrad an einem Verbrennungsmotor ermittelt. Die Erhöhung des Wasserstoffanteils führt zur Erhöhung des Wirkungsgrades. Die Abgasbestanteile Kohlenstoffmonoxid, Formaldehyd und Methan werden reduziert, während Stickoxide zunehmen. Mit den begleitenden Simulationen kann gezeigt werden, dass höhere Wasserstoffanteile die Oxidation durch einen erhöhten Anteil an OH-Radikalen begünstigen. Der Grund für das verstärkte Auftreten von Stickstoffmonoxid liegt in der Verlängerung der Verweilzeit der verbrannten Gase in der Oxidationszone.