Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung der Kernmagnetresonanz (NMR) unter extremen Drücken bis 101 kbar. Es wird gezeigt, dass die Empfindlichkeit von NMR Experimenten unter hohen Drücken in Diamantstempel- und ähnlichen Hochdruckzellen im Vergleich zu früheren experimentellen Versuchsanordnungen durch Verwendung von Mikrospulen um mehrere Größenordnungen verbessert werden kann. Die neue Versuchsanordnung wird dann zum einen bei der Untersuchung der Druckabhängigkeit elektronischer Eigenschaften von metallischem Aluminium bis 101 kbar verwendet. Zum anderen wird damit der Pseudogap des Hochtemperatursupraleiters YBa2Cu4O8 bei Drücken bis zu 63 kbar untersucht.

Der Einsatz von Ketamin erfolgt in der Humananästhesie, vor allem aufgrund seiner vielfältigen Nebenwirkungen, nur noch nach strenger Indikation. In der Veterinärmedizin ist Ketamin tierartenübergreifend für die Injektionsnarkose weit verbreitet. Um den bekannten Nebenwirkungen vorzubeugen, wird Ketamin mit verschiedenen anderen Anästhetika kombiniert und stellt so ein sicheres Narkoseverfahren bei Tieren dar. Eine besondere Herausforderung ist die Anästhesie bei ophthalmologischen Patienten unter Berücksich-tigung der Kontrolle des Intraokularen Drucks (IOP). In diesem Zusammenhang gibt es in der Literatur widersprüchliche Angaben zur Auswirkung von Ketamin auf den IOP beim Menschen und verschiedenen Tierarten. Auch für die Auswirkungen von Propofol und der endotrachealen Intubation auf den IOP existieren widersprüchliche Aussagen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob gängige Ketamin-Kombinationsnarkosen bei der augengesunden Katze einen Einfluss auf den IOP haben. Angeregt durch Berichte in der Literatur wurde zudem untersucht, ob die Applikation von Propofol sowie die endotracheale Intubation den IOP bei der Katze beeinflussen. Methodik: Untersucht wurden 48 adulte, augengesunde Katzen, die dem chirurgischen Patientengut der Klinik für Kleintiere der Universität Leipzig entstammten. Es handelt sich um eine prospektive, randomisierte Blindstudie. Die Patienten wurden vier Untersuchungsgruppen zugeordnet. Zur intramuskulären Narkoseeinleitung erhielten Tiere der KX-Gruppe Ketamin (10 mg/kg) und Xylazin (1 mg/kg), der KXAtr-Gruppe Ketamin (10 mg/kg), Xylazin (1 mg/kg) und Atropin (0,025 mg/kg), der KA-Gruppe Ketamin (20 mg/kg) und Acepromazin (0,5 mg/kg) und der KM-Gruppe Ketamin (10 mg/kg) und Medetomidin (50 g/kg). Bei allen Patienten wurde mittels Tono-Pen® XL zu verschiedenen Zeitpunkten der IOP bestimmt: vor Narkoseeinleitung (Ausgangswert), nach Narkoseeinleitung nach 5, Zusammenfassung 86 10, 15 und 20 Minuten und direkt nach der Intubation sowie final nach Beendigung der Narkose während der Aufwachphase. Einige Tiere erhielten zur Vertiefung der Narkose vor der Intubation Propofol. Im Anschluss erfolgte eine ophthalmologische Untersuchung der Patienten, um eine Augenerkrankung auszuschließen. Ergebnisse: Der mittlere Ausgangs-IOP aller Tiere beträgt 15,8 mmHg. Mit p = 0,756 besteht kein signifikanter Unterschied zwischen den Gruppen. Getrennt nach linken (OS) und rechten (OD) Augen ist der mittlere IOP 15,7 und 15,8 mmHg. Dieser Unterschied ist nicht signifikant (p = 0,442). Daher wird für die Auswertung der Mittelwert aller 6 Datenpunkte pro Tier und Messzeitpunkt zugrunde gelegt. Im Vergleich zum Ausgangswert zeigt die KX-Gruppe keine signifikanten IOP-Änderungen. Die KXAtr-Gruppe und die KM-Gruppe weisen zur Final-Messung einen signifikanten IOP-Abfall um 16 % (p = 0,012) bzw. 17 % (p = 0,021) im Vergleich zum Ausgangswert auf. Die KA-Gruppe zeigt zur 15-Minuten-Messung den stärksten IOP-Abfall mit 21 % Prozent (p = 0,001) gegenüber dem Ausgangswert. Ab der 10-Minuten-Messung bis zur post-Intubations-Messung ist der IOP-Abfall der KA-Gruppe signifikant. Für die Gesamtstichprobe hat die Intubation keinen signifikanten Einfluss auf den IOP (p = 0,063). Die Gabe von Propofol zur Vertiefung der Narkose bei einzelnen Tieren hat ebenfalls keinen signifikanten Einfluss auf den IOP (p = 0,42). Schlussfolgerung: Die verwendeten Ketamin-basierten Narkoseprotokolle bewirken bei der augengesunden Katze keinen signifikanten IOP-Anstieg. Die Gruppen KX, KXAtr und KM gewährleisten für den Zeitraum von 20 Minuten nach Narkoseeinleitung einen relativ stabilen IOP. Trotz des signifikanten IOP-Abfalls in der KA-Gruppe sind sämtliche IOP-Schwankungen aller Gruppen klinisch nicht relevant. Die gemessenen IOP-Werte bewegen sich alle im physiologischen Bereich. Zudem geben die Ergebnisse keinen Hinweis auf eine IOP-Steigerung infolge Propofolgabe und Intubation bei der Katze. / Ketamine is used in human medicine based on strict indications, mainly due to its numerous side effects. In veterinary medicine however Ketamine is commonly used to induce anesthesia intramuscularly throughout all species. To minimize the well known side effects Ketamine is used in combination with several other anesthetics and thus represents a safe anesthetic procedure in animals. Ophthalmological patients are a particular challenge for anesthetists with regard to maintaining the intraocular pressure (IOP). Conflicting data can be found in the literature about the effects of Ketamine on IOP in humans and various animal species. The literature also contains various statements about the effects of Propofol and endotracheal intubation on IOP. In this clinical trial we investigated the effects of commonly used Ketamine-based anesthetic protocols on IOP in cats. Motivated by conflicting statements in the literature the analysis of the effects of Propofol and endotracheal intubation on IOP was included in the study. Methods: This is a prospective, randomized, blinded study. 48 adult cats without ophthalmological abnormalities, recruited from the pool of admitted surgical patients of the Department of Small Animal Medicine of the University of Leipzig were included in the study. The patients were assigned to one of the following four groups and anesthesia was induced intramuscularly. Cats in the KX-group were induced with Ketamine (10 mg/kg) and Xylazine (1 mg/kg). Cats in the KXAtr-group were induced with Ketamine (10 mg/kg), Xylazine (1 mg/kg) and Atropine (0,025 mg/kg). Cats in the KA-group were induced with Ketamine (20 mg/kg) and Acepromazine (0,5 mg/kg). Cats in the KM-group were induced with Ketamine (10 mg/kg) and Medetomidine (50 g/kg). In all patients the IOP was measured three times per eye using the Tono-Pen® XL at particular times: baseline IOP before induction of anesthesia, at 5, 10, 15 and 20 minutes after induction of anesthesia, after intubation and final IOP after completion of surgery. Some cats received a single bolus of Propofol to be able to tolerate endotracheal intubation. After the final IOP-measurement all Zusammenfassung 88 cats were subjected to an ophthalmological examination, including slitlamp biomicroscopy and gonioscopy, in order to exclude patients with ophthalmological pathologies. Results: The mean baseline IOP for all animals is 15,8 mmHg (SD 4,0). There is no significant difference between the four groups (p = 0,756). The mean IOP for the right (OD) and left eyes (OS) of all patients was 15,8 mmHg and 15,7 mmHg, respectively. There is no significant difference between right (OD) and left eyes (OS) (p = 0,442). Therefore all further analyses are based on the mean of all six data points per animal and measuring time. The KX-group shows no significant IOP-change relative to baseline-IOP. The KXAtr and KM-group show a significant decrease in IOP of 16 % and 17 %, respectively, at the final measurement compared with baseline-IOP. The KA-group shows a significant decrease in IOP starting at 10 minutes after induction of anesthesia until the post-intubation measurement. The maximum decrease in IOP in this group is 21 % relative to baseline-IOP 15 minutes after induction of anesthesia. For the total data no significant influence of endotracheal intubation on IOP could be detected (p = 0,063). The application of Propofol in a total of 14 cats has no significant effect on IOP (p = 0,42). Conclusion: The Ketamine-based anesthetic protocols used in this study do not cause a significant increase in IOP in cats without ophthalmological abnormalities. The KX, KXAtr and KM-group ensure a relatively stable IOP for the time period of 20 minutes after induction of anesthesia. Despite the significant IOP-decrease in the KA-group none of the IOP-changes in all groups examined are of clinical relevance. All of the collected IOP-values are within the physiological range for cats. There is no evidence for an increase in IOP caused by endotracheal intubation or the application of Propofol.

Sachsen hat bekanntermaßen viel zu bieten, insbesondere wenn es um Architektur, Musik und Kunst oder auch schöne Landschaften geht. Aber Sachsen hat noch eine andere Seite: Vom „Rétablissement“, seinem ganz eigenen Wirtschaftswunder nach dem Siebenjährigen Krieg, bis zum Zweiten Weltkrieg war Sachsen die führende Wirtschaftsregion Deutschlands. Industrie und Handel trafen sich in der Metropole Leipzig, dem weltweit führenden Messestandort. Sachsen war am dichtesten besiedelt und nicht nur in Chemnitz und Dresden, sondern auch in kleinen Städten und Dörfern stellten Unternehmen, die oft Weltmarktführer waren, vielfältigste Maschinen und Produkte her. Das goldene Zeitalter endete abrupt nach dem Zweiten Weltkrieg, als Sachsen seiner traditionellen Märkte beraubt wurde, Führungs- und Fachkräfte in den Westen flohen und bekannte sächsische Marken wie Audi und Wella dort einen Neustart wagen mussten. Dennoch blieb Sachsen das Zentrum der Industrieproduktion in der DDR und eines der wichtigsten des ganzen Ostblocks. Mit der deutschen Wiedervereinigung wurde ein totaler Neuanfang notwendig, der für vieles das Ende bedeutete, aber auch manches zu neuer Blüte führte. Es lohnt sich, die Zeugen der sächsischen Industriegeschichte anzuschauen. Deren Bewahrung und Pflege hat in Sachsen eine lange Tradition: 1908 wurde mit dem Frohnauer Hammer das erste technische Denkmal in Deutschland überhaupt unter Schutz gestellt. Er ist noch voll funktionsfähig und wird regelmäßig vorgeführt. Auch viele andere Sehenswürdigkeiten sind keine „toten“ Museen, sondern lebendige Orte, an denen eine große Tradition bewahrt wird. Und bei manchen ist die alte Zeit nur Teil einer fortlaufenden Erfolgsgeschichte.

Magnetic materials are of great research interest because of their potential applications. Most Mn-based compounds exhibit magnetic ordering, being antiferromagnetic or ferromagnetic depending on their crystal structure. Many of these compounds have complex non-collinear magnetic structures that can give rise to exotic and robust phenomena. The scope of this thesis encompasses two independent projects on exploring single-crystalline Mn-based compounds with magnetic properties: (i) the study of the thickness-dependent magnetic textures in ferromagnetic Mn1.4PtSn by means of Focused Ion Beam (FIB) for sample shaping and Magnetic Force Microscopy (MFM) for imaging, and (ii) the experimental demonstration of an anomalous Hall effect in non-collinear antiferromagnetic Mn3Pt, revealed with the aid of uniaxial pressure tuned in-situ. The first chapter motivates the study of magnetic materials and introduces the theoretical framework on which they are understood. In particular, refers to the energy contributions of magnetic origin and gives an overview of the Hall effect and how it is used to probe magnetic properties, from ferromagnetism to non-collinear antiferromagnetism and non-coplanar spin textures (such as the so-called skyrmions). The second chapter is dedicated to the ferromagnetic compound Mn1.4PtSn. It starts by introducing concepts important in the context of magnetic domains. A variety of magnetic textures are discussed, in particular antiskyrmions which differ from regular skyrmions by their internal structure. A material-specific introduction is given, starting by its discovery as the first antiskyrmion-hosting compound (when in thin-plate shape) and including recent literature showing by means of neutron scattering how magnetic domains in bulk single crystals are best described as anisotropic fractals. This study complements our first observations in real-space MFM images of the magnetic texture in this material. The detailed study of the dependence of the magnetic domains as a function of sample thickness is presented and analyzed. The third and final chapter focuses on antiferromagnetic Mn3Pt. To motivate the experiment, the theoretical study that predicts the presence of an intrinsic zero-field anomalous contribution to the Hall effect for this material is introduced. Next, the experimental investigation of single crystals of Mn3Pt is presented, where a Hall effect dominated by the ordinary contribution in the temperature range from 10 to 300 K is found. Thereafter, the response of the Hall effect to uniaxial pressure tuned in-situ is explored. When the sample is compressed, a hysteresis is observed to open up. The magnitude of this anomalous Hall conductivity (when compressing the sample by ∼0.2 GPa) is estimated to be at least ∼ 10 Ω-1cm-1 at room temperature and ∼ 40 Ω-1cm-1 at 100 K, and it is demonstrated that the measured value originates in the antiferromagnetic structure, rather than in a stress-induced ferromagnetism.:1 Introduction 1 1.1 Overview of elemental properties . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 Notes on Mn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2 Notes on Pt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.3 Notes on Sn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 Magnetic Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.1 Zeeman interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.2 Magnetostatic energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.3 Magnetic anisotropy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.4 Magnetoelastic coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.5 Exchange interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.6 Antisymmetric exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3 Antiferro-, ferri- and helimagnets . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4 Hall effect in magnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4.1 Geometrical phase in quantum mechanics . . . . . . . 14 In the context of the anomalous Hall effect . . . . . . 16 1.4.2 Complementary anomalous Hall theories . . . . . . . . 18 Skew scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Inelastic scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Side jump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Spin chirality mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . 19 I The uniaxial ferromagnet Mn1.4PtSn 21 2 Mn1.4PtSn 23 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2 Background physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.1 Topology in magnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.2 Domain theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Domain refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.3 Literature overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 SANS studies on bulk Mn1.4PtSn . . . . . . . . . . . . 34 2.3 Experimental methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3.1 Sample preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3.2 Lamellae fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3.3 Magnetic Force Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . 38 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Operating principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Specifications for our experiments . . . . . . . . . . . . 40 2.4 Results and discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.1 Bulk samples characterization . . . . . . . . . . . . . . 40 Mn1.4Pt0.9Pd0.1Sn polycrystal . . . . . . . . . . . . . . 40 Mn1.4PtSn single crystal . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Mn1.4PtSn single crystal in applied field . . . . . . . . 45 Mn1.4PtSn single crystal below TSR . . . . . . . . . . . 46 2.4.2 Lamellae characterization . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Thickness dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Temperature dependence . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Magnetic field dependence . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.5 Conclusions and outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 II The non-collinear antiferromagnet Mn3Pt under strain 65 3 Mn3Pt 67 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2 Background physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.2.1 Thin film study of Mn3Pt . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.2.2 Our contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.3 Experimental methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.4 Results and discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.4.1 Characterization of unstrained crystals . . . . . . . . . 75 3.4.2 Elastic response of Mn3Pt single crystals . . . . . . . . 79 Electrical transport response to strain . . . . . . . . . 81 3.4.3 Onset of AHE in single crystals under uniaxial pressure 84 Sample III4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Sample IV1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Sample IV2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.4.4 Temperature dependence of the AHE . . . . . . . . . . 94 3.4.5 Elastic limit of Mn3Pt . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 A On Mn3Pt resistivity 101 B On Mn3Pt sample mounting 103

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Freie Leitungselektronen sind bisher in oxidischen Perowskiten mit Elektronenspinresonanz (ESR) selten beobachtet worden. Meist sind solche Elektronen, insbesondere bei tiefen Temperaturen, an Gitterstörungen gebunden. In akzeptorarmem BaTiO3 ist es gelungen, mit ESR Elektronen zu identifizieren, die auch bei tiefen Temperaturen nicht an Defekte gekoppelt sind. Sie entstehen beim Einbau von Nb5+Ti in das Gitter und lokalisieren sich auf Titan-Platz als Ti3+ Jahn-Teller-Polaronen selbst. Die beiden Gebiete Jahn-Teller-Effekt und Polaronen, die sich bisher weitgehend getrennt voneinander entwickelt haben, werden hier in einer experimentellen Untersuchung vereinigt. Beim Jahn-Teller-Effekt wird eine elektronische Bahn-Entartung durch eine spontane Erniedrigung der Punktsymmetrie aufgehoben. Die Polaronenbildung erfolgt unter Bruch der Translationssymmetrie. Dabei wird die Energie des Systems erniedrigt, indem ein Zustand unter die quasi-entarteten Bandzustande abgesenkt wird. Beim System Ti3+ treten beide Effekte gleichzeitig auf: Die nach Lokalisierung eines freien Elektrons an Titan aus dem Leitungsband auftretende Bahn-Entartung des resultierenden T2-Grundzustandes wird durch einen Jahn-Teller-Effekt aufgehoben. Es bildet sich ein sogenanntes Jahn-Teller-Polaron. Als Vorbereitung der experimentellen Untersuchungen an Jahn-Teller- Polaronen dienen ESR-Messungen an verschiedenen reinen Jahn-Teller-Systemen in BaTiO3 (Mo5+, Ni+, Rh2+). Im Gegensatz zu einem Polaron ist das durch eine Störstelle im Kristall hervorgerufene Potential schon vorhanden, bevor dort ein Ladungsträger eingefangen wird. Beim Polaron bewirkt die Anwesenheit des Ladungsträgers selbst die Bildung einer Potentialmulde. Man spricht daher von Selbsteingrabung. Die untersuchten Jahn-Teller-Zentren reagieren auf äußeren uniaxialen Druck mit einer Reorientierung: Die spontan erfolgten Jahn-Teller-Verzerrungen werden entlang der Druckachse ausgerichtet. Auch beim Jahn-Teller-Polaron ist diese Reorientierung zu beobachten. Die Jahn-Teller-Kopplung ist jedoch schwächer als die des isoelektronischen Zentrums Mo5+ (4d1 ). Aufgrund der Äquivalenz aller Titan-Plätze im Kristall ist das ungepaarte Elektron an Ti3+ stärker auf seine Nachbarn delokalisiert als im Fall des Mo5+. Es wird gezeigt, daß eine delokalisierte Wellenfunktion schwächer an das Gitter ankoppelt als eine lokalisierte und daher eine schwächere Jahn-Teller-Kopplung aufweist. Es treten kleine und intermediäre Jahn-Teller-Polaronen gleichzeitig auf. BaTiO3 besitzt die Tendenz, breite Polaronenbänder zu bilden. Polaronen in diesem Material zeigen daher die Tendenz zur Delokalisierung, d. h. sie sind über mehr als einen Gitterplatz ausgedehnt und werden als intermediär bezeichnet. Eine Lokalisierung auf einen Gitterplatz, also ein kleines Polaron, bildet sich nur bei Anwesenheit von lokalen Potentialfluktuationen aus (Anderson-Lokalisierung). Unter uniaxialem Druck erfolgt eine Verringerung dieser Fluktuationen durch die Reorientierung, und ein Übergang vom kleinen zum intermediären Polaron wird beobachtet.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung ethylenglykolfunktionalisierter Carboxylate der Münzmetalle sowie deren Verwendung als Präkursoren in der Herstellung von Nanopartikeln und leitfähigen Metallschichten. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Verwendung von Kupfer(II)-carboxylaten zur Herstellung von druckbaren Kupfertinten. Es wird gezeigt, wie zentrale Präkursoreigenschaften durch Variation der Carboxylatreste optimiert werden können. Einen zweiten Schwerpunkt bildet die Herstellung von Kupfernanopartikeln durch thermische Zersetzung ethylenglykolfunktionalisierter Kupfercarboxylate. Der Einsatz von Bis- und Tris(triphenylphosphan)kupfer(I)-carboxylaten ermöglicht hierbei die Herstellung von oxidfreien sphärischen Kupfernanopartikeln sowie von Kupferstäbchen unter einfachen experimentellen Bedingungen. Weitere Arbeiten widmen sich der Verwendung von ethylenglykolfunktionalisierten Silber(I)-carboxylaten zur Synthese von Silbernanopartikeln. Der entwickelte Prozess erlaubt die Herstellung blättchenförmiger Silbernanopartikel bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Auch die Herstellung von blättchenförmigen Kupfersulfidpartikeln durch Thermolyse eines ethylenglykolfunktionalisierten Bis(triphenylphosphan)kupfer(I)-thiocarboxylates wird beschrieben. Schließlich wird gezeigt, wie thermolytisch hergestellte Goldnanopartikel an ethylenglykolfunktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden können. Der Prozess wurde auf einem Wafer durchgeführt. Die erhaltenen Strukturen ermöglichen eine Verwendung als optischer Sensor.

Eine etablierte Therapieoption zur Behandlung des Prostatakarzinoms stellt die (roboter-assistierte) laparoskopische, radikale Prostatektomie dar. Dabei erfolgen unter anderem die spezielle Lagerung des Patienten nach Trendelenburg sowie die intraoperative Applikation eines Kapnoperitoneums, um optimale Operationsbedingungen zu schaffen. Dies hat jedoch einen negativen Einfluss auf die perioperative maschinelle Ventilation des Patienten, vor allem aufgrund von Atelektasenbildung und Abnahme der pulmonalen Compliance. Um diesen Effekten entgegenzuwirken, hat sich in den letzten Jahren die Anwendung eines positiven end-exspiratorischen Druckes (PEEP) etabliert. Die Bestimmung und die Höhe des optimalen PEEP-Wertes je nach individuellem Operationssetting sind Forschungsgegenstand zahlreicher Studien. Eine Methode zur Bestimmung des individuellen PEEP, auch bestPEEP genannt, ist die PEEP-Titration mit Hilfe der Elektrischen Impedanztomographie (EIT). Wir stellten die Hypothese auf, dass sich der bestPEEP über die Bestimmung des regionalen EIT-Indizes Regional Ventilation Delay Index (RVDI) anhand einer absteigenden PEEP-Titration der Lunge ermitteln lässt und dies zu einer insgesamt homogeneren Ventilation führt. In unserer Studie wurden 40 männliche Patienten eingeschlossen, die sich einer laparoskopischen, radikalen Prostatektomie unterzogen. Per Randomisierung erfolgte eine Aufteilung in 2 Studienarme. In der Kontrollgruppe wurde durchweg ein PEEP von 5 cmH2O appliziert, die Interventionsgruppe erhielt ihren bestPEEP nach absteigender PEEP-Titration individuell mit zusätzlichen Rekrutierungsmanövern. Perioperativ erfolgte ein Monitoring mittels EIT unter Bestimmung verschiedener Parameter. Es zeigte sich, dass die Bestimmung eines individuellen PEEP-Niveaus anhand des RVDI unter Einsatz der EIT zu plausiblen Ergebnissen führt. Zudem wurde in der Interventionsgruppe ein im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant höheres PEEP-Niveau mit im Durchschnitt 14,7 cmH2O ermittelt. Dies resultierte unter anderem in einer deutlich homogeneren Ventilationsverteilung, was sich anhand der EIT-Indizes Global Inhomogeneity Index (GI), Centre of Ventilation (CoV) und Tidalvolumen der nicht-abhängigen Lunge beschreiben ließ. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Ermittlung des bestPEEP anhand des EIT-Indizes RVDI auch bei einem normalgewichtigen Patientenkollektiv möglich ist. Die homogenere pulmonale Ventilation kann mit einer Reduktion der ventilator-assoziierten Lungenschädigung und einem besseren Outcome des Patienten verbunden sein.:Abkürzungsverzeichnis 1. Einführung 1.1 Prostatektomie bei Prostatakarzinom und ihr perioperatives Management 1.2 Applikation eines positiven end-exspiratorischen Druckes unter maschineller Beatmung 1.3 Die Elektrische Impedanztomographie 2. Aufgabenstellung 3. Material und Methoden 3.1 Patientenkollektiv 3.2 Anästhesie und intraoperative Beatmung 3.3 Studienprotokoll und Messmethoden 3.4 Randomisierung, Datenerfassung und Statistik 4. Ergebnisse 4.1 Demographie, Risikoevaluierung und perioperative Beatmungsdauer 4.2 Perioperative pulmonale Compliance der PEEP-Gruppen 4.3 Vergleich individualisierter PEEP mittels RVDI und pulmonaler Compliance 4.4 Betrachtung EIT-Parameter während PEEP-Titration und individualisiertem PEEP 4.5 Perioperative EIT-Parameter der PEEP-Gruppen 5. Diskussion 5.1 Zusammenfassung wesentlicher Ergebnisse 5.2 Ermittlung des bestPEEP anhand des EIT-Parameters RVDI 5.3 Vergleich des PEEP-Niveaus in Kontroll- und Interventionsgruppe 5.4 Durchführung von Rekrutierungsmanövern 5.5 Auswirkung der individualisierten PEEP-Einstellung auf die Ventilationsverteilung 5.6 Neue Erkenntnisse 5.7 Limitationen der Arbeit 5.8 Schlussfolgerung / Ausblick 6. Zusammenfassung Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Selbstständigkeitserklärung Danksagung

Nowadays, construction industry is rapidly moving towards digitalization and automation that should enable increased rates and efficiency of construction processes, as well as higher possibilities for customization and architectural freedom. Among all technologies under development, digital fabrication with concrete by means of layered extrusion appears to be one of the most promising for purposes of fast mass housing construction. It enables formwork-free production of structures via layer-by-layer concrete printing. Freedom from formwork potentially makes the construction process more cost- and time-saving, but poses multiple challenges to mix design and test methods, especially in terms of concrete rheology. A special focus must be put on the structural build-up of concrete at rest, which is related to its buildability, i.e. capacity of the material to retain the shape of the extruded layers under their own weight and the weight of the subsequently placed layers. This research investigates into the structural build-up of cementitious materials, i.e. evolution of their strength and deformation properties over time at rest, and includes development and refinement of methodology to assess the structural build-up, as well as its modelling and prediction. With respect to methodology, major attention was directed to the constant rotational velocity (CRV) test used for evaluation of the static yield stress development, and rationalization of its application under field conditions. Based on a large amount of experiments performed with two rheometers of different design, characteristic curves and points describing patterns in behaviour of cementitious materials during a CRV test were established. The experimental study also dealt with assessing the effects of alterations in main elements of the CRV test protocol, such as test approach (single- versus multi-batch), pre-shear regime, applied CRV, on the test results. Possible errors in CRV tests were addressed and methods to improve the procedures of testing and data evaluation were suggested. In particular, the single-batch approach was enhanced by implementation of the developed breaking criterion, a concept of zero measurement for non-pre-sheared samples was introduced, and a method for simplified evaluation of elasticity by a single-head rheometer was proposed. General methodological recommendations on the design of a CRV test protocol were formulated. The results are applicable for various cementitious materials and not limited to concretes for layered extrusion. Furthermore, test methods for assessing the structural build-up of printable concretes were studied in terms of their applicability under field conditions, potential for automation, descriptiveness of obtained data and efficiency in predicting the buildability of printed concrete structures. The methods under investigation included CRV test, unconfined uniaxial compression test (UUCT), fast penetration test and newly proposed confined uniaxial compression test (CUCT); all tests were performed on extruded samples of eight printable concrete mixtures with various compositions and rheological properties. The corresponding results were juxtaposed in order to establish correlations between the data and compared to the results of buildability tests, in which hollow cylindrical structures were produced using a laboratory-scale 3D printer. The developed methodology was further used to conduct an in-depth investigation into the influence of aggregates on the structural build-up of ordinary concrete. In the experimental program, the binder composition was kept constant while the aggregate was varied in terms of the volume fraction and the surface area (per unit volume of concrete); the main focus was put on compositions with elevated aggregate content (45−55 % by volume). A mechanism lying behind the effects of the aggregate properties on the structural build-up of concrete was discovered by studying the structure of constitutive paste in concrete. Aggregate-induced inhomogeneity of constitutive paste allowed to introduce a three-component model of fresh concrete. Furthermore, to find models capable of predicting the parameters of structural build-up of concrete, i.e. static yield stress and structuration rate, concrete was viewed as a suspension of aggregate particles in suspending medium. Three approaches were employed to define the correspondent components. Suspending medium was represented by plain cement paste, screened cement paste and fine mortar considered as a part of concrete comprising particles below 0.5 mm; a substantiation for such a definition was provided. Applicability and limitations of the models based on all three approaches were compared. The modelling approach was further extended to printable concretes with nearly identical aggregate compositions, but different properties of paste. Opportunities and challenges in modelling the structural build-up of printable concrete, including the problem of material dependency of the models and the relevancy of fitting coefficients, were discussed. A modified Chateau-Ovarlez-Trung model based on the definition of suspending medium as fine mortar was acknowledged as best suited to describe the structural build-up of both ordinary and printable concrete.

The thesis primarily focuses on the pressure influence on the reaction rate of char gasification using laboratory thermogravimetric analysis (TGA). It discusses also the gasification of char with a mixture of gasifying agents (CO2 + steam) under a pressure of 40 bar and temperatures up to 1100°C, which has not been reported in the literature to the best of found knowledge. The first section investigates the pressure impact on char gasification kinetics by varying the total and partial pressure of the gasifying agent. The second section investigates the effect of gasifying agent at 40 bar and combining the pyrolysis step in the investigation, which was done in-situ under inert atmosphere. Then, mixtures of the two gasifying agents were used for the gasification in separate experiments. The third section uses raw coal as material and gives attention to the char structure formed after the pyrolysis under the high pressure. The fourth section includes measurements for char characteristics during the gasification reaction and compares them with the reference char data performed previously in this research group under atmospheric pressure.:Abstract 1. Introduction 1 1.1 Scope of the thesis 1 1.2 Layout of the thesis 2 2. Literature Review 4 2.1 Background 4 2.2 Coal and gasification 5 2.2.1 Coal classification and characteristics 5 2.2.2 Introduction to gasification process 7 2.2.3 Coal Analysis 10 2.2.4 Pyrolysis 13 2.2.5 Gasification reactions 13 2.2.6 Mechanism of solid-gas reaction and Thermodynamic background 14 2.2.7 Regimes of gas-Solid Reactions 17 2.2.8 Summary 19 2.3 Effect of Pressure on gasification process 20 2.3.1 Advantages of high-pressure operation 20 2.3.2 Influence on the pyrolysis step 20 2.3.3 Effect of Pressure on coal swelling 21 2.3.4 Pressure influence on char morphology 23 2.3.5 Effect of pyrolysis pressure on char surface area 23 2.3.6 Effect on reaction order n 24 2.3.7 Summary 24 2.4 Pressure influence on char gasification reaction kinetics 24 2.4.1 Pressure influence on gasification reaction kinetics 25 2.4.2 Summary 27 2.5 Char gasification using gasifying agent mixtures 27 2.5.1 Mechanism 29 2.5.2 The role of the inhibition and the catalytic effect 29 2.5.3 Summary 32 2.6 Thermodynamic aspects and the estimation of the reaction rate 32 2.6.1 Background 32 2.6.2 Basic definitions of reaction rate 34 2.6.3 Intrinsic kinetic models 35 2.6.4 Theoretical models 36 2.6.5 Empiric Models 39 2.6.6 Intrinsic kinetic models expressed by CO2 concentration 40 2.6.7 Arrhenius Activation Energy 40 2.6.8 Differentiation of a polynomial fit data (Differential method): 41 2.6.9 Summary 43 3. Experimental Analysis 44 3.1 Thermogravimetry 44 3.2 Testing of the gas volume fraction and the total pressure influence on char gasification 45 3.2.1 Testing of the gas volume fraction influence 45 3.2.2 Testing of system pressure influence on char gasification 56 3.2.3 Discussion 65 3.3 Coal gasification at 40 bar with pure CO2, H2O and their mixtures 65 3.3.1 Gasification with pure CO2 and H2O 66 3.3.2 Coal gasification using CO2 / H2O mixtures at high system pressure 87 3.3.3 Discussion 96 3.4 Pressure influence on coal gasification 100 3.4.1 Coal gasification under different system pressures 100 3.4.2 The effect of increasing pressure on coal morphology 104 3.4.3 Discussion 117 3.5 Influence of the pressure on the char properties during gasification 118 3.5.1 Discussion 129 4. General discussion 134 5. Conclusions 139 5.1 Significance of the findings 143 5.2 Recommendations 144 6. Appendix 146 6.1 Literature and Results 146 6.1.1 Conditions influence on gasification of the (a) temperature, (b) partial pressure 146 6.1.2 TGA-DMT 147 6.1.3 Testing of the gas volume fraction influence on coal gasification 148 6.1.4 Testing of system pressure influence on char gasification 150 6.1.5 Coal gasification at 40 bar with pure CO2, H2O and their mixtures 152 6.1.6 Coal gasification under different pressures 162 6.1.7 Summary of gas mixture gasification studies 167 6.2 Figures Index 169 6.3 Tables Index 175 6.4 References 177