This diploma thesis deals with measuring touches problems in industrial metrology. Thesis describes adhesive wear and tear which is caused by measuring probes when dynamical measuring is being concluded. Measuring of damaged component made of silumin and its different changes of texture by different measuring probes are evaluated. Measuring touches are made of titanium nitride, silicon nitride, zirconium, bearing chrome steel, ruby, experimental composite material and nanocrystalline diamond.

The diploma thesis deals with the analysis of the current situation of the company in terms of automation and digitization of its production process and the subsequent de-sign of measures respecting the principles of lean manufacturing, which aim to help the company achieve its goals and gain a competitive advantage in the market. An integral part of this work is also the subsequent discussion of the conditions necessary for suc-cessful implementation, as well as discussion of the resulting risks and benefits of the proposed measures.

Uwe Stephan Dissertation This work is concerned with methods and results for the calculation of electronic properties of amorphous carbon models (a-C). These investigations are based upon a very efficient non-selfconsistent ab-initio procedure for the evaluation of electronic states of extended systems using modified self- consistent DFT-LDA states and potentials of neutral atoms. Starting from the LCAO matrices constructed in this method, the electronic densities of states (DOS) of model systems are calculated by diagonalization or with use of the recursion method. Both techniques and, in particular, several versions of the recursion method will be investigated and compared with respect to their numerical efficiency and practical applicability. For DOS calculations in carbon systems a modification of the atomic SCF routine will be proposed and tested in application to the crystalline carbon allotropes diamond and graphite. In this work, the investigation of a-C structures is based on various structural models which have been generated in the author's research group by means of molecular-dynamics simulations using the empirical Tersoff potential as well as the just mentioned DFT-LDA approach. The total energy in this latter procedure is calculated as the sum of the band-structure energy and an empirical repulsive pair potential; contrary to the purely empirical approach, this scheme therefore includes pi-bonding effects and gives rise to a superior description of defect states in these models. As suggested by an analysis of the localization properties of the eigenstates, the defect structure in a-C models depends primarily on the ability of pi- and weak-sigma-bonded undercoordinated atoms to cluster. To investigate these clustering effects, a pi-bonding analysis will be proposed which enables the quantification and classification of the defect states and the estimation of gaps between pi bands. This procedure, which will be justified by local DOS calculations, provides essential structure-property correlations in dependence on the mass densities of the models. Within predominantly fourfold-coordinated models, the occurrence of a certain fraction of threefold-coordinated atoms turns out to stabilize the network by achieving optimum stress and defect minimization due to the preferred formation of pi-bonded atom pairs. Such models exhibit mass densities and pi gaps of about 3.0 g/cm^3 and 2.4 eV, respectively, in close agreement with recent experimental results.

In dieser Arbeit wird der Aufbau eines Raumtemperatur-Nahfeldmikroskopes und die Implementation eines neuen nichtoptischen Abstandsregelmechanismus beschrieben und die Ergebnisse verschiedener Abbildungsarten dargestellt. Eine theoretische Modellierung des Scherkraft-Detektionsmechanismus erlaubt ein gezieltes Design fuer eine Nachnutzung. Der Aufbau eines Tieftemperatur-Konfokalmikroskopes, das zum Tieftemperatur-Nahfeldmikroskop erweiterbar ist, wird dargelegt. Die Abhaengigkeit des Photobleichens einzelner Terrylen-Molekuele von der Temperatur wird untersucht. Beobachtungen der spektralen Diffusion von Terrylen-Molekuelen werden dargelegt. Den Hauptteil dieser Arbeit bilden Untersuchungen am N-V Farbzentrum im Diamant. Einzelne Defektzentren wurden bei tiefen Temperaturen abgebildet und mittels Fluoreszenz-Anregungsspektroskopie untersucht, die Fluoreszenz-Emissionsdynamik wurde mit Autokorrelationsmessungen studiert. Das Temperaturverhalten der Fluoreszenzintensitaet, die Autokorrelation der Fluoreszenzintensitaet und die verzoegerte Fluoreszenz beweisen die Existenz eines metastabilen Zustandes. Durch Einstrahlen einer zweiten Wellenlaenge verkuerzt sich die Verweilzeit im metastabilen Zustand und die mittlere Fluoreszenzrate wird erhoeht (Deshelving). Die Tieftemperaturspektren widersprechen in mehreren Punkten den aus der Literatur bekannten Werten, die an hoeherkonzentrierten Proben gemessen wurden. Diese Unterschiede werden diskutiert und sind mit einer in hoeherkonzentrierten Proben verstaerkten Verspannung zu erklaeren. Ein Vergleich mit Diamant-Nanokristalliten, in denen eine erhoehte Verspannung auftritt, bestaetigt den Zusammenhang zwischen schmalen Uebergaengen und wirkender Verspannung durch das Auftreten von schmalen Emissionslinien.

Micro- and nanostructured polymer brushes on diamond can be directly prepared by carbon templating and amplification of the latent structures by photografting of a broad variety of vinyl monomers such as styrenes, acrylates and methacrylates. Even template structures with lateral dimensions as small as 5 nm can be selectively amplified and defined polymer brush gradients of a variety of functional polymers are realizable by this technique. Furthermore, conjugation with a model protein (GFP) results in protein density gradients of high loading and improved chemical stability. The effective functionalization of chemically and biologically inert diamond surfaces with stable functional polymer brushes, the possibility of structuring by the carbon templating technique and the direct biofunctionalization are crucial steps for the development of diamond based biosensors. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

The thesis is based on articles describing the fundamental research of carbon based nanomaterials for their possible utilization in biomedicine. The aim of this thesis was to describe the way how human osteoblasts (SAOS-2 cell line) and primary human mesenchymal stem cells (hMSC) adhere, grow and behave on surfaces made of several carbon allotropes - nanocrystalline diamond (NCD), single walled carbon nanotubes (SWCNTs) films and graphene. The utilization of carbon as the basic material promised good biocompatibility and possibility of useful surface modifications. The NCD had modified surface nanotopography (nanoroughness and nanostructuring prepared by dry ion etching). All the materials had modified surface atomic termination with oxygen and hydrogen which changes the surface electrical conductivity, surface charge and wettability. It was hypothesized that the surface termination can also influence the cell adhesion and growth. It turned out that all the studied materials were suitable as substrates for cultivation of mentioned cell types. Various nanoroughnesses of NCD surface had different effect on the cell adhesion and cell metabolic activity. Nanostructuring of the NCD influenced the formation of focal adhesions. The surface terminations of NCD and the other studied nanomaterials in...

Choisir un partenaire sexuel est une décision importante pour un animal. Parce que cette décision va considérablement affecter son succès reproducteur, l’individu doit se baser sur un ensemble de traits qui reflètent la qualité du partenaire. Depuis peu, une attention particulière est portée sur l’importance de la cognition dans le contexte de choix de partenaire. En effet, la capacité à percevoir, intégrer, mémoriser et utiliser l’information disponible dans l’environnement permet aux individus de répondre de manière appropriée aux problèmes qu’ils rencontrent et d’ajuster leur comportement en conséquent. Si les femelles retirent un bénéfice à s’apparier avec des mâles capables de répondre aux changements de leur environnement, ces derniers pourraient avoir un accès privilégié à l’appariement lors du choix de partenaire des femelles. Certaines évidences appuient cette idée en démontrant notamment des relations positives entre les capacités cognitives des mâles et leur succès d’appariement et reproducteur et en révélant des préférences sexuelles femelles pour des traits cognitifs mâles. Cependant, ces résultats restent très contrastés, particulièrement chez les animaux non humains où l’importance du choix de partenaire dans l’évolution de la cognition n’est pas encore clairement définie. L’objectif de ma thèse était donc d’explorer le rôle du choix de partenaire dans l’évolution de la cognition mâle et femelle en combinant l’approche observationnelle sur une espèce d’oiseaux monogame et l’approche théorique en utilisant un modèle à base d’agents. Plus précisément, en réalisant des expériences en laboratoire sur le Diamant mandarin (Taeniopygia guttata), j’ai notamment testé si les femelles démontrent une préférence pour des mâles capables d’ajuster leur comportement d’approvisionnement en réponse à un changement environnemental. J’ai ensuite examiné, dépendamment de leurs propres capacités cognitives, si les femelles expriment des préférences pour des mâles performants dans quatre tests psychométriques différents. J’ai finalement exploré les rôles respectifs de la sélection naturelle et intersexuelle en simulant l’évolution de la cognition sous différents scénarios environnementaux. Les résultats de cette thèse ont révélé que les femelles diamants mandarin exprimaient une préférence pour les mâles capables d’ajuster leur comportement d’approvisionnement ainsi que les mâles performants dans certaines tâches cognitives. Cependant, ces préférences n’étaient pas unanimes et dépendaient des propres capacités cognitives des femelles à performer dans ces différentes situations. À l’échelle évolutive, la sélection intersexuelle à travers le choix de partenaire modifiait les patrons d’évolution de la cognition prédits lorsque la sélection naturelle opérait seule. En effet, elle favorisait l’évolution de bonnes capacités cognitives lorsque les contraintes environnementales étaient faibles, mais maintenait de la diversité cognitive lorsque ces contraintes étaient élevées. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que le choix de partenaire jouerait un rôle important dans l’évolution et le maintien de diversité cognitive au sein des populations. Néanmoins, les conséquences évolutives du choix de partenaire sur les capacités cognitives des individus dépendraient de l’avantage adaptatif à s’apparier avec un mâle plus performant, c’est-à-dire de la capacité cognitive mâle considérée, des caractéristiques des femelles et de l’environnement dans lequel ce choix est fait. / Choosing a mate is an important decision for an animal. Because this decision significantly affects an individual’s reproductive success, it must base its choice according to different traits that reflect the quality of potential mates. Recently, a particular attention has been given to cognitive traits in mate choice context. Indeed, the ability to perceive, integrate, memorize and use the information available in the environment allows individuals to act properly when facing a problem and to adjust their behaviours accordingly. Given that females could benefit from choosing males capable of responding to environmental changes, those with good cognitive abilities should have privileged access to females in mate choice contexts. Some evidence supports this idea by revealing positive relationships between males’ cognitive abilities and their mating and reproductive success as well as female mating preference for male cognitive abilities. However, these results stay contrasted, particularly in non-human animals for which the importance of mate choice in the evolution of cognition is still not clearly defined. The objective of my PhD was to explore the role of mate choice in the evolution of male and female cognition by combining an observational approach using a monogamous bird species and a theoretical approach using an agent-based model. Specifically, by running laboratory experiments on zebra finches (Taeniopygia guttata), I tested whether females demonstrated a mate preference for males able to adjust their foraging behaviour following an environmental change. Then, I investigated whether females, depending on their own cognitive abilities, demonstrated a mate preference for better performers in four different psychometric tests. I finally explored the relative role of natural and sexual selection by simulating the evolution of cognition under different environmental scenarios. The results of this PhD project revealed that zebra finch females preferred males exhibiting greater behavioural plasticity in their foraging tactic use as well as males performing better in several cognitive tasks. However, females’ preference for cognitive abilities was not unanimous but depended on females’ own abilities to perform in these tasks. At the evolutionary scale, intersexual selection through mate choice changed the evolutive patterns observed under natural selection alone. In fact, intersexual selection promoted good cognitive abilities under most favourable environments but maintained cognitive diversity under the harsher ones. Taken together, these results suggest that mate choice plays an important role in the evolution and maintenance of cognitive diversity within populations. Nevertheless, the evolutive consequences of mate choice on individual cognitive abilities should depend on i) the adaptive value of mating with a male with better performance, and thus, on the cognitive ability considered, ii) the female characteristics and iii) the local environment during mate choice.

Le collisionneur SuperKEKB, dédié à l'expérience Belle II, prévoit une très haute luminosité, inégalée à ce jour. Son objectif est de fournir une luminosité instantanée de 8x10³⁵ cm⁻²s⁻¹ en mettant en collision des faisceaux minuscules au point d'interaction (IP) sur la base du schéma "nano-beam". Par conséquent, un excellent contrôle de l'orbite du faisceau à l’IP est nécessaire pour assurer un recouvrement géométrique optimal entre les deux faisceaux en collision, et ainsi maximiser la luminosité. Dans ce cadre, cette thèse présente le développement et l'implémentation d'un système de monitoring rapide de la luminosité de SuperKEKB basé sur des détecteurs en diamant sCVD. Pour atteindre une précision relative aussi élevée et couvrir une gamme dynamique de luminosité élevée, le processus de diffusion Bhabha radiatif à très petit angle est utilisé, dont la section efficace d’interaction est très importante et relativement bien connue. Des détecteurs diamant sCVD, dont le signal est rapide et qui ont une bonne tolérance au rayonnement, sont utilisés pour détecter les particules chargées dans les gerbes électromagnétiques induites par l’interaction entre les particules Bhabha diffusées et perdues dans le tube à vide du faisceau, et dans les autres matériaux, en particulier un radiateur, à des emplacements choisis spécialement en aval de l'IP, dans les deux anneaux LER et HER. Une simulation de bout en bout du système d'asservissement de l'orbite du faisceau à l'IP basé sur notre signal de luminosité rapide et précis a été réalisé, qui comprend: une estimation du signal du détecteur de diamant sCVD, basé sur des mesures de laboratoire à l'aide d'une source radioactive, la construction de séquences de signal représentative de SuperKEKB comprenant les bruits de fond à un seul faisceau et les particules diffusées par le processus Bhabha, un traitement du signal de luminosité, et la simulation de l'asservissement de l'orbite. Il a été possible de vérifier la faisabilité de ce système pour maintenir la très haute luminosité de SuperKEKB en présence des mouvements du sol et a de déterminer la précision relative du signal de luminosité rapide qu'il est possible d'obtenir toutes les 1 ms. Au cours des phases de mise en service de SuperKEKB, la phase 2 et le début de la phase 3, notre moniteur de luminosité rapide basé sur des détecteurs en diamant sCVD a été installé et utilisé avec succès. Les processus de perte de faisceau, principalement ceux provenant des processus de Bremsstrahlung et de Touschek, ont été étudiés en détail et, par rapport à la simulation, un bon accord a été trouvé. Lors de la mise en service de la collision, des signaux de luminosité intégrés toutes les secondes étaient fournis en continu pour le réglage des paramètres des faisceaux à l'IP. En outre, un signal de luminosité intégré toutes les 1 ms avec la précision relative attendue a également été fourni et utilisé comme entrée du système d'asservissement de l'orbite à l'IP, notamment pour des premiers tests conduits avec succès avec des décalages de faisceau horizontaux introduits volontairement. Davantage de tests de ce système d'asservissement sont attendus pour assurer son bon fonctionnement en continu à l'avenir. Cette thèse présente le développement et l’application d’un système de surveillance rapide de la luminosité basé sur les détecteurs de sCVD diamant de SuperKEKB. / SuperKEKB is at the foremost frontier of high luminosity e⁺e⁻ colliders, dedicated to the Belle-II experiment. It aims to provide an instantaneous luminosity of 8x10³⁵ by involving extremely tiny beams colliding at the Interaction Point (IP) based on the "nano-beam scheme". Therefore, excellent control of its beam orbit at the IP is required to ensure the optimum geometrical overlap between the two colliding beams, and thereby maximize the luminosity. Besides, effective instrumentation to diagnose the behavior of the beam at the IP and possible beam interactions between bunches along the train are also quite essential during the long and rather difficult process of machine tuning towards the nominal beam parameters. This thesis presents the development and application of a fast luminosity monitoring system based on sCVD diamond detectors at SuperKEKB, including: (1),train integrated luminosity signals every 1 ms which will be used as input to the dithering orbit feedback system, its relative precision is expected to be better than 1% when luminosity reaches 10³⁴ (2), sensitive train integrated luminosity signals over a large luminosity dynamic range every 1 s which will be sent to the SuperKEKB control room as immediate observable for machine collision tuning, and (3) bunch integrated luminosity signals every 1 s with sufficient relative precision to monitor the collision performance for each single bunch. To achieve such high relative precision and cover a large luminosity dynamic range, the radiative Bhabha process events at vanishing scattering angle will be measured, whose interaction cross-section is quite large and reasonably well known. The sCVD diamond detectors, which have fast signal formation and good radiation tolerance, were used to detect the charged particles in the secondary showers induced by the interaction between the lost Bhabha scattered particles and the beam pipe and specific radiator materials at carefully chosen locations downstream of the IP in both the LER and HER. A start-to-end simulation was performed on the dithering orbit feedback system using fast, precise luminosity signal as input, which includes: sCVD diamond detector signal estimation based on laboratory measurements with a radioactive source, signal sequence construction at SuperKEKB including single beam backgrounds and Bhabha scattered particles, luminosity signal procession, dithering orbit feedback simulation. It enabled verifying the feasibility of this system to maintain very high luminosity in the presence of ground motion, in particular it determined the relative precision of the fast luminosity signal every 1 ms. Besides, the radiation damage of the sCVD diamond detectors in the LER was also estimated based on a FLUKA simulation and applying the NIEL hypothesis. During the Phase-2 and early Phase-3 commissioning periods of SuperKEKB, our fast luminosity monitor based on sCVD diamond detectors was installed and operated successfully. Single beam loss processes, mainly Bremsstrahlung and Touschek, were studied in detail and compared with the simulation, showing good agreement. During the collision commissioning, train and bunch integrated luminosity signals every 1 s were provided for machine tuning. e.g. the vertical beam sizes were determined with the vertical offset scan technique based on our luminosity signals, both the average and for the individual bunches, which is very important and useful for the collision and IP local optics tuning during the long and rather difficult process of SuperKEKB machine tuning towards the nominal beam parameters. Besides, a train integrated luminosity signal every 1 ms with the expected relative precision was also provided and used as input to the dithering orbit feedback system for its first successful tests with deliberately introduced horizontal beam-beam offsets. More tests on the dithering orbit feedback system are expected to ensure its future continuous operation.

This dissertation thesis presents newly developed electrode materials based on porous boron- doped diamond (BDDporous) and their potential applications in electroanalysis. Particularly, these novel BDDporous electrodes (twelve in total) were thoroughly electrochemically characterised and compared, and the ones with the most promising properties were selected to develop reliable voltammetric methods for detecting the neurotransmitter dopamine. Initially, the impact of selected fabrication parameters on the final properties and electrochemical behaviour of novel BDDporous electrodes was clarified; the following factors were specifically studied: (1) deposition template used, (2) boron-doping level, (3) growth time of the individual layers (i.e., porosity), (4) number of deposited layers (i.e., thickness), and (5) content of non-diamond (sp2 ) carbon impurities. Alterations in deposition conditions naturally resulted in BDDporous electrodes with diverse (i) structural and morphological features, which were investigated by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy, and (ii) physical and electrochemical characteristics, examined by cyclic voltammetry. Besides, to assess the suitability of selected BDDporous electrodes for dopamine detection, other parameters, such as susceptibility to...

Dans cette thèse, la spectroscopie Raman résonante UV (SRRUV) est appliquée pour la première fois à l'étude ‘in situ’ de matériaux carbonés à très haute température (> 2000 K) ou à haute pression (< 1 GPa).La thèse est constituée de trois parties. La première aborde notre travail de caractérisation en SRRUV (1) de films semi conducteurs de diamants ultra-nano-cristalins, (2) des kérogènes issues de météorites chondritiques et de charbons, et (3) des tholins, échantillons de carbone-hydrogène-azote, synthétisés comme analogues de l'atmosphère de Titan.L’intérêt pour ces phases du carbone en planétologie et en science des matériaux nous a poussé à mettre en œuvre leur étude ‘in situ’ en SRRUV. La seconde partie de la thèse est consacrée au développement d'une platine chauffante, grâce à laquelle les spectres Raman du graphite sous sa forme pyrolitique et HOPG ont été mesurés jusqu'à 2700 K. Ces données valident les modèles anharmoniques théoriques d’interaction électron-phonon et phonon-phonon. Le spectre Raman du graphite a été étalonné en fonction de la température et devient un « thermomètre » à très haute température.Dans la troisième partie de cette thèse, une presse à enclumes opposées a été modifiée pour suivre en SRRUV les changements structuraux de cristaux moléculaires très luminescents. Les vibrations intramoléculaires du cristal de pérylène sont étudiées sous pression par SRRUV. Ce composé est un cristal formé de molécules organiques polyaromatiques, avec des propriétés de semi-conducteur. Les effets de la pression sur certains modes de vibrations sont non linéaires et mettent en évidence des changement structuraux et de planéité de la molécule. / I applied UV resonant Raman spectroscopy (UVRRS) to an ‘in situ’ study of carbon materials at very hight temperature (> 2000 K) or at high pressure (< 1 GPa).The advantages of UVRRS are presented in the first part of this PHD thesis, and used to investigate details of the composition and structure of disordered carbon materials such as: (1) n-type nanocrystalline films, (2) carbonaceous matter in chondrites and (3) tholins, HCN synthetic samples of Titan 's atmosphere.‘In situ’ Raman studies are limited to 2000 K by the visible black-body emission. I designed a high temperature cell to perform UVRRS above this limit. The second part of the manuscript presents Raman spectra of pyrolitic graphite and HOPG up to 2700 K. This data are consistent with anharmonic models up to 900 K, and show the coupling effects of electron-phonon and phonon-phonon. The last one dominates the anharmonicity above 1000 K. The Raman spectra was calibrated as a function of temperature and became a “thermometer” up to 2700 K.For high pressure measurements in the third part, I modified an anvil cell to study by UVRRS, the vibrational changes induced by pressure on very luminescent molecular organic crystals. I present an analysis at 244 nm of resonant Raman modes of perylene crystal under hydrostatic pressure up to 0.8 GPa. Some of them have a non linear feature under pressure, revealing structural and planar modifications of the molecules.