Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese, Reaktivität und den physikalischen Eigenschaften verschiedener Cyanoborate. Es gelang die optimierte Synthese des Tricyanofluoroborates M[BF(CN)3] (M = Na, K) mittels Lewis-Säure-Katalyse. Aus diesem Borat wurde mittels Reduktion das Bor-zentrierte Nukleophil B(CN)3 2− hergestellt, welches ebenfalls über die äußerst ungewöhnliche Depronotierung des [BH(CN)3]− -Anions zugänglich ist. Das B(CN)3 2− -Dianion wurde erfolgreich mit diversen Elektrophilen wie z.B. Alkylhalogeniden, CO2, CN+-Quellen sowie per- und teilfluorierten Aromaten umgesetzt. Darüber hinaus ergibt die Synthese mit Tricyanohalogenoborat-Anionen das ungewöhnlich stabile gekoppelte Diborat-Dianion [B2(CN)6]2−, welches über einen SN2-Mechanismus entsteht und eine elektronenpräzise B-B-Bindung aufweist. Ferner wurden Ionische Flüssigkeiten mit Perfluoraklylcyanoboraten hergestellt und die physikalischen Parameter systematisch und ausführlich untersucht. / In this work the syntheses, reactivity and physical properties of different cyanoborates are presented. The synthesis of the tricyanofluoroborates M[BF(CN)3] (M = Na, K) was optimized via a Lewis-acid-catalysis. Reducing this anion resulted in the formation of the boron-centered nucleophile B(CN)3 2−, which is accessible by the highly unusual deprotonation of [BH(CN)3]−, too. The B(CN)3 2− -dianion was successfully treated with various electrophiles such as alkylhalides, CO2, CN+ -sources as well as partly and perfluorinated arenes. Moreover, the synthesis with halidotricyanoborate anions provide the unusually stable coupled diborat-dianion [B2 (CN)6]2−, which is formed via a SN2-mechanismusm and exhibits an electron-precise B-B-bond. Furthermore, Ionic Liquids based on perlfuorocyanoborates were synthesized and their physical properties were studied systematically in detail.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese, Charakterisierung und Eigeschaften neuer Monopentafluorethylborat-Anionen der Form [C2F5BH2X]- (X= F, Cl, Br), [C2F5BH2(CN)]-, [C2F5BH(CN)2]-, [C2F5BH(CN)X]- (X= F, Cl, Br) und [C2F5B(CN)X2]- (X= Cl, Br)sowie den Bis-pentafluorethylborat-Anionen [(C2F5)2B(OMe)(CN)]-, [(C2F5)2BF(CN)]- und [(C2F5)2B(CN)2]-. Von einigen dieser Verbindungen wurden Ionische Flüssigkeiten basierend auf dem 1-Ethyl-3-methylimidazolium-Kation synthetisiert und deren physikalischen Parameter ausführlich untersucht. Zudem wurden Pentafluorethylboran-Addukte mit verschiedenen Lewis-Basen der Form C2F5BH2-L (L= THF, SMe2, CH3CN, Pyridin, PPh3, CAAC, IDipp, SIDipp, Me4Im, (iPr)2Me2Im, tBu2Im) hergestellt welche zum Teil als Startmaterialien für die Synthese von Monopentafluorethylboraten verwendet wurden. / In this work, syntheses, characterisation and properties of new monopentafluoroethylborate anions like [C2F5BH2X]- (X= F, Cl, Br), [C2F5BH2(CN)]-, [C2F5BH(CN)2]-, [C2F5BH(CN)X]- (X= F, Cl, Br) and [C2F5B(CN)X2]- (X= Cl, Br) as well as bis-pentafluoroethylborate anions [(C2F5)2B(OMe)(CN)]-, [(C2F5)2BF(CN)]- and [(C2F5)2B(CN)2]- are presented. Furthermore, several of these compounds were transformed into Ionic Liquids by isolation of the corresponding 1-ethyl-3-methylimidazolium salt and their physical propterties were studied in detail. Besides, pentafluoroethylborane adducts with different lewis bases like C2F5BH2-L (L=thf, SMe2, CH3CN, pyridin, PPh3, CAAC, IDipp, SIDipp, Me4Im, (iPr)2Me2Im, tBu2Im) were synthesized which turned out to be good starting materials for the synthesis of monopentafluoroethylborates.

Die vorliegende Arbeit entstand im Zeitraum von 05/2014 bis 03/2017 in Kooperation mit Umicore AG & Co. KG und ist thematisch direkt mit dem BMWi-Projekt „NeoKarII“ mit der Suche nach neuartigen, oxidischen Elektrodenmaterialien für Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEM-FC) verknüpft. In dieser Arbeit wurden verschiedene oxidische Materialien über Sol-Gel- und Imprägnationsverfahren hergestellt und deren Eignung für eine Brennstoffzellenanwendung geprüft. Neben umfassenden röntgenographischen Untersuchungen zu den Stoffsystemen IrO2-TiO2, IrO2-SnO2 und Cr2O3-TiO2 sind in dieser Arbeit auch zusammensetzungsabhängige Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit gezeigt. Zu diesem Zweck wurde ein neuer Leitfähigkeitsversuchsstand mit einer 2-Punkt-Durchgangswiderstandsmessmethode entwickelt und in Betrieb genommen. Der halbautomatische Versuchsstand ermöglicht eine temperatur- und druckprogrammierte Vermessung pulverförmiger Werkstoffe. / This thesis was developed between 05/2014 and 03/2017 together with Umicore AG & Co. KG and is related to the BMWi project 'NeoKarII' with the search for novel, oxidic electrode materials for polymer electrolyte fuel cells (PEM-FC). In this work, various oxidic materials were prepared by sol-gel and impregnation processes and their suitability for a fuel cell application was tested. In addition to comprehensive X-ray diffraction examinations of the materials systems IrO2-TiO2, IrO2-SnO2 and Cr2O3-TiO2, the composition dependence of electrical conductivity is also shown. For this purpose, a new measurement setup with a 2-point resistance measurement method was developed and brought into services. The semi-automatic setup allows a temperature- and pressure-programmed measurement of powdered materials.

Es werden metallische Kurzfasern, die durch ein Schnellerstarrungsverfahren direkt aus der Schmelze hergestellt werden, bezüglich ihrer Verwendung als hochporöser Absorber und als elektrisch leitfähige Strukturen in Verbundwerkstoffen vorgestellt. Auf der Basis einer schalldämpfenden hochporösen gesinterten Metallfaserstruktur und einer schalldämmenden Elastomerplatte wird ein neuartiges Schallschutzmaterial beschrieben. Die Theorie des homogenen Mediums ist für Absorber mit schichtartigen Aufbau erweitert und mit den gemessenen Absorberkennwerten verglichen worden. Weiterhin wird gezeigt, dass schmelzextrahierte metallische Kurzfasern in Polymerwerkstoffe eingelagert werden können, um einen elektrisch leitfähigen Faserverbundwerkstoff zu erhalten, der eine höhere Leitfähigkeit als rußgefüllte Polymere aufweist und eine preiswerte Alternative zu intrinsich leitenden Polymeren darstellt. Es werden die Herstellung und mechanische Eigenschaften des Metallfaserverbundwerkstoffes beschrieben. Das elektrische Verhalten des Faserverbundwerkstoffes wird anhand der Perkolationstheorie erläutert. Ausgehend von einem umfangreichen Überblick zu Möglichkeiten der Modellierung mechanischer und elektrischer Eigenschaften wird anhand geeigneter Modelle das reale Werkstoffverhalten beschrieben.

Es werden metallische Kurzfasern, die durch ein Schnellerstarrungsverfahren direkt aus der Schmelze hergestellt werden, bezüglich ihrer Verwendung als hochporöser Absorber und als elektrisch leitfähige Strukturen in Verbundwerkstoffen vorgestellt. Auf der Basis einer schalldämpfenden hochporösen gesinterten Metallfaserstruktur und einer schalldämmenden Elastomerplatte wird ein neuartiges Schallschutzmaterial beschrieben. Die Theorie des homogenen Mediums ist für Absorber mit schichtartigen Aufbau erweitert und mit den gemessenen Absorberkennwerten verglichen worden. Weiterhin wird gezeigt, dass schmelzextrahierte metallische Kurzfasern in Polymerwerkstoffe eingelagert werden können, um einen elektrisch leitfähigen Faserverbundwerkstoff zu erhalten, der eine höhere Leitfähigkeit als rußgefüllte Polymere aufweist und eine preiswerte Alternative zu intrinsich leitenden Polymeren darstellt. Es werden die Herstellung und mechanische Eigenschaften des Metallfaserverbundwerkstoffes beschrieben. Das elektrische Verhalten des Faserverbundwerkstoffes wird anhand der Perkolationstheorie erläutert. Ausgehend von einem umfangreichen Überblick zu Möglichkeiten der Modellierung mechanischer und elektrischer Eigenschaften wird anhand geeigneter Modelle das reale Werkstoffverhalten beschrieben.

Die elektrische Leitfähigkeit und der Hall-Effekt der halbleitenden Silicide Beta-FeSi2 und MnSi1,73 werden im Temperaturbereich zwischen 4,2 und 300 K untersucht. In ergänzenden Untersuchungen werden strukturelle und optische Eigenschaften dieser Materialien bestimmt. Die Ergebnisse der Messungen an MnSi1,73 - Schichten werden im Rahmen der Boltzmann-Gleichung in Relaxationszeitnäherung interpretiert. Die Temperatur- abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit und der Hall-Beweglichkeit der Mangansilicid-Schichten kann unter Einbeziehung der Ladungsträgerstreuung an Korngrenzen und akustischen Phononen erklärt werden. In einer kritischen Diskussion werden die Grenzen des verwendeten Transportmodells aufgezeigt. Den Schwerpunkt der Untersuchungen an Beta-FeSi2 bildet die Analyse des Hall-Koeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Magnetfeld. Mit einem neuen dynamischen Meßverfahren werden umfassende Ergebnisse für den Hall-Koeffizienten in dünnen Schichten und Einkristallen erhalten, die eine herkömmliche Interpretation des Hall-Effekts in Beta-FeSi2 in Frage stellen. Unter Einbeziehung eines wesentlichen Einflusses des anomalen Hall-Effekts in die Interpretation, können die Eigenschaften des Hall-Effekts in Beta-FeSi2 verstanden werden.

This dissertation demonstrates the behavior of the electronic transport properties in the presence of a temperature gradient in disordered systems near the metal-insulator transition. In particular, we first determine the d.c. conductivity, the thermopower, the thermal conductivity, the Lorenz number, the figure of merit, and the specific heat of a three-dimensional Anderson model of localization by two phenomenological approaches. Then we also compute the d.c. conductivity, the localization length and the Peltier coefficient in one dimension by a new microscopic approach based on the recursive Green's functions method. A fully analytic study is difficult, if not impossible, due to the problem of treating the intrinsic disorder in the model, as well as, incorporating a temperature gradient in the Hamiltonian. Therefore, we resort to various numerical methods to investigate the problem.

In dieser Arbeit wurden elektronische Transporteigenschaften ungeordneter metallischer und isolierender Materialien untersucht. Es wurde gezeigt, dass die zugrunde liegende Vielfachstreumethode für Schichten (LKKR) auch auf isolierende Materialien angewendet werden kann. Als isolierendes Material wurde amorphes Silizium gewählt. Für die Strukturmodellierung wurde ein spezieller RMC-Algorithmus für Netzwerke entwickelt. Um eine Lücke in der elektronischen Zustandsdichte zu erhalten, wurden diese Strukturen anschließend mit einer MD-Methode relaxiert. Zur Charakterisierung der dabei auftretenden mittelreichweitigen Strukturänderungen wurde ein analytisches Modell des Strukturfaktors aufgestellt. Die Verbindung zwischen elektronischen und strukturellen Defekten beim Übergang von den metallischen Ausgangsnetzwerken zu den isolierenden amorphen Siliziumstrukturen wurde untersucht. Die Winkelschwankung, unterkoordinierte Siliziumatome und ein spezieller topologischer Defekt wurden als Ursache für elektronische Defekte bei der Fermienergie identifiziert. Für die Widerstandsberechnung wurde vom Stromfluss durch einen quasi-eindimensionalen Draht ausgegangen (Landauer-Büttiker-Ansatz). Für ein stark streuendes Modellsystem (amorphes Eisen) wurde gezeigt, dass dieser Ansatz auch bei kohärenter Vielfachstreuung einen längenproportionalen Widerstand für kleine Drahtlängen liefert. Für metallische Materialien kann die Leitfähigkeit aus der Längenabhängigkeit des Drahtwiderstandes bestimmt werden. Zwei Erweiterungen dieses Landauer-Büttiker-Ansatzes für eine unvollständige Berechnung der kohärenten Streuung wurden in dieser Arbeit abgeleitet. Der direkte Einfluss der Struktur für schwache Streuer wurde in Einfachstreunäherung untersucht. Im Grenzfall eines Mediums führt die abgeleitete Leitwertformel auf die Zimanformel für den spezifischen Widerstand. Die Widerstandsberechnung wurde außerdem auf inkohärente Streuung erweitert, so dass auch für isolierende Materialien eine Leitfähigkeit bestimmt werden kann. Im Gegensatz zu ungeordneten Metallen verschwindet die Leitfähigkeit bei verschwindender inkohärenter Streuung, so dass metallische und isolierende Materialien unterschieden werden können. Der unordnungsinduzierte Metall-Isolator-Übergang (Anderson-Übergang) wurde für amorphes Nickelsilizid betrachtet. %Die bestimmte kritische Nickelkonzentration liegt wegen der %im Vergleich zu amorphen Silizium fehlenden Relaxierung der Strukturen %unterhalb experimenteller Werte. Wegen des geringen Querschnitts der Drähte tritt metallisches und isolierendes Verhalten parallel auf. Die notwendige Mittelung führt zu einer abnehmenden Leitfähigkeit bei abnehmender inkohärenter Streuung auch für metallische Proben. Dieses Verhalten wird in dreidimensionalen Systemen mit schwacher Lokalisierung in Verbindung gebracht.

Für die Durchführung von Tracerversuchen in der hydrogeologischen Praxis werden spezielle Markierungsmittel benötigt, die verschiedenen Anforderungen gerecht werden müssen. Die vorliegende Arbeit behandelt die auf den ersten Blick ungewöhnlich erscheinende Möglichkeit, Niederschlag als Tracer zu verwenden, welche sich auf die dem Wasser innewohnenden Signale δ2H- und δ18O-Isotopensignatur, elektrische Leitfähigkeit und Temperatur stützt. Diese Signale können sich zwischen Niederschlag und zu untersuchendem Grundwasser deutlich unterscheiden. Diese Unterschiede liefern das Potential für Markierungsversuche. Im Rahmen dieser Arbeit wird auf die natürliche Variabilität dieser Signale in den möglicherweise relevanten Systemkomponenten Niederschlag, Grundwasser und Oberflächenwasser eingegangen. Hierfürwerden Ergebnisse einer Literaturrecherche, verwendete Probenahmemethoden und die Auswertung mehrerer gewonnener Zeitreihen an Standorten in Sachsen vorgestellt. Unterschiedliche Methoden zur isotopentreuen Niederschlagssammlung werden einem eingehenden Vergleich unterzogen und bewertet. Aus den präsentierten Daten können schließlich Empfehlungen für geeignete Sammelzeiträume des Niederschlags abgeleitet werden. Der häufig verwendete Summenparameter elektrische Leitfähigkeit ist bei der Anwendung von Niederschlag als Grundwassertracer ein inverses Tracersignal. Anders als bei Salzungsversuchen liegt er deutlich unterhalb des Hintergrundwertes im Grundwasser. Welchen Einfluss diese Eigenschaft im Vergleich mit herkömmlichen Salztracern auf hydrogeochemische und Transport-Prozesse hat, wird in einer zweiteiligen Laborversuchsserie, bestehend aus Batch- und Säulenversuchen, diskutiert. Bei letzteren werden Durchbruchskurven hinsichtlich ihrer zeitlichen Momente und anderen Statistiken begutachtet. Die Anwendung von Transport- und geochemischen Modellen versucht, die stattfindenden Prozesse besser zu erfassen. Abschließend wird die Methode mithilfe eines Feldversuchs auf dem Lehr- und Forschungsfeld Grundwasser der TU Dresden in Pirna auf ihre Machbarkeit begutachtet. Zu diesem Zweck werden die Konstruktion eines großskaligen Regensammlers, das Sammeln von Regen mit diesem und ein Einbohrloch-Tracerversuch mit diesem Regen beschrieben.:Danksagung -- iv Kurzdarstellung -- v Abstract -- vi Abkürzungsverzeichnis -- xvi Thesen -- xx 1 Motivation -- 1 2 Grundlagen von Tracerversuchen im Grundwasser -- 5 3 Charakterisierung von Regen als Grundwassertracer -- 20 4 Laborversuche zur Verwendung der EC als Grundwassertracer -- 57 5 Geländemethodik und deren Machbarkeit am Beispiel des Testfelds in Pirna -- 95 6 Schlussfolgerungen und Ausblick -- 110 Literaturverzeichnis -- 113 Anhang -- A1

Halbleitermaterialien sind in den elektrischen Anwendungen der heutigen Zeit unerlässlich geworden. In dieser Arbeit wird der Fokus auf die Untersuchung der elektrischen und thermischen Eigenschaften von zwei Halbleiterklassen gelegt. Zum einen wird mit -Ga2O3 ein Mitglied der Klasse der transparenten leitfähigen Oxide untersucht.Hier wurden die elektrischen Eigenschaften von dünnen Schichten (Dicke von 28nm-225nm) und Volumenkristallen temperaturabhängig untersucht.Dabei zeigt sich bei Volumenkristallen und mindestens 150nm dicken Schichten eine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit bis 100K durch die Streuung von Elektronen an Störstellen und bei Temperaturen über 100K wieder ein Abfall der elektrischen Leitfähigkeit durch Elektron-Phonon-Wechselwirkung. Die Untersuchung der thermische Leitfähigkeit von beta-Ga2O3 zeigt ein anisotropes Verhalten mit minimalen Werten in [100]-Richtung und maximalen Werten in [010]-Richtung. Die Temperaturabhängigkeit der thermischen Eigenschaften zeigt eine Verringerung der thermischen Leitfähigkeit und der thermischen Diffusivität mit steigender Temperatur. Eine zweite untersuchte Materialklasse ist die der Kesterite. Zu dieser Kristallstruktur wurden zwei Elementkonfigurationen untersucht, Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid und Kupfer- Zink-Zinn-Selenid. Der Transport bei Raumtemperatur und darunter findet über verschiedene Tunnelprozesse lokalisierter Ladungsträger statt. Zusätzlich wird auf die Veränderung der elektrischen Eigenschaften durch die Kristallinität und Komposition eingegangen. Die thermischen Eigenschaften zeigen analog zum beta-Ga2O3 eine Dominanz der Phonon-Phonon-Umklapp-Streuung bei hohen Temperaturen, während bei niedrigen Temperaturen Streuung an Störstellen und Grenzflächen vorherrscht. Methodisch zeigt diese Arbeit unterschiedlichste Messmethoden zur Charakterisierung der elektrischen und thermischen Eigenschaften, welche die Standardmethoden sowohl nutzen, als auch sinnvoll erweitern. / Semiconductors are essential for electronic applications nowadays. Here, the electrical and thermal properties of two semiconductor classes with huge application potential are investigated. As a transparent conducting oxide beta-Ga2O3 is investigated. In this work, the temperature dependent electrical properties were investigated for bulk materials and thin films. An increase in the electrical conductivity until 100K is found through electron-impurity-scattering and a decrease at higher temperatures through electron-phonon-scattering for for films with a thickness of at least 150nm. The investigation of the thermal properties of -Ga2O3 show an anisotropy for the different crystal orientations with minimal primary axis values for the [100]-direction and maximal values for the [010]-direction. The temperature-dependence of the thermal properties shows a decease in conductivity and diffusivity for increasing temperature. For temperatures over 150K phonon-phonon-Umklapp-scattering can explain the measured values. For low temperatures phonon-impurity scattering is most likely the dominant scattering mechanism. A second investigated material class are kesterites. For this crystal structure two configurations were investigated, copper-zinc-tin-sulfide and copper-zinc-tin-selenide. The electrical properties show semiconducting characteristics with p-type conduction. The transport processes are defined through localised thermal activated tunneling within the band gap. Other reductions of the mobility are found by the crystalinity and the composition of the materials. The thermal properties show dominant phonon-phonon- Umklapp-scattering at higher temperatures and phonon-impurity-scattering for lower temperatures in a similar way as in beta-Ga2O3. This work shows new implemented measurement methods for investigating electrical and thermal properties as extentions to common methods.