Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2006.

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008

Stuttgart, Univ., Diss., 2008.

Festkörperspurdetektoren (FKSD) auf der Basis von Polymermaterialien sind ein geeignetes Mittel zum Nachweis von Ionenstrahlung [1]. Ebenso können damit Neutronen über ihre sekundären Ionen gemessen werden. Als passive und integrierende Detektoren eignen sie sich insbesondere gut für die Dosimetrie, wobei die geringe bzw. fehlende Empfindlichkeit für Elektronen und Photonenstrahlung ein weiteres Argument für die Anwendungen in gemischten Strahlungsfeldern darstellt. Als passive Detektoren arbeiten FKSD ohne zusätzliche Messelektronik und Stromversorgung. Das macht sie insbesondere für die Personen- und Ortsdosimetrie interessant. Allerdings sind die latenten, submikroskopischen Ionenspuren nach der Exposition nicht unmittelbar sichtbar. Erst durch einen mehr oder weniger aufwendigen Ätzprozess werden diese lichtmikroskopisch oder für das Auge direkt sichtbar. Da bei FKSD von der Herstellung bis zur Ätzung alle Ereignisse registriert werden, handelt es sich somit auch um integrierende Detektoren.Für die Dosimetrie ist insbesondere der Nachweis von leichten Ionen bis zu spezifischen Energien von 10 MeV / Nukleon wichtig. Protonenstrahlung wird für die Radiotherapie von Geschwulstkrankheiten angewendet; die meisten leichten Ionen der Elemente Wasserstoff bis Sauerstoff sind Bestandteile der Sekundärstrahlung von Neutronen,[Alpha]-Teilchen treten häufig als Zerfallsprodukt verschiedener schwerer Radioisotope auf. Während eine große Zahl von Polymeren eine Empfindlichkeit für schwere Ionen zeigen, ist die Auswahl für leichte Ionen schon sehr eingeschränkt.[Alpha]-Teilchen können noch mit verschiedenen Polykarbonaten, Zelluloseacetat und -nitrat nachgewiesen werden. Die Registrierung von Protonen ist derzeit nur mit dem besonderen Polykarbonat CR - 39 und mit Zellulose (di/tri) nitrat möglich. Natürlich eignen sich diese Materialien auch hervorragend zur Messung von [Alpha] -Teilchen. Leichte Ionen stellen weiterhin eine wichtige Sonde in der Radiobiologie dar. Festkörperspurdetektoren können hier als Monitore für die getroffenen Zellen und Zellbestandteile dienen. Dadurch ist prinzipiell eine genaue Lokalisierung der getroffenen Zellbausteine/Organellen möglich...

No description available.

Festkörperspurdetektoren (FKSD) auf der Basis von Polymermaterialien sind ein geeignetes Mittel zum Nachweis von Ionenstrahlung [1]. Ebenso können damit Neutronen über ihre sekundären Ionen gemessen werden. Als passive und integrierende Detektoren eignen sie sich insbesondere gut für die Dosimetrie, wobei die geringe bzw. fehlende Empfindlichkeit für Elektronen und Photonenstrahlung ein weiteres Argument für die Anwendungen in gemischten Strahlungsfeldern darstellt. Als passive Detektoren arbeiten FKSD ohne zusätzliche Messelektronik und Stromversorgung. Das macht sie insbesondere für die Personen- und Ortsdosimetrie interessant. Allerdings sind die latenten, submikroskopischen Ionenspuren nach der Exposition nicht unmittelbar sichtbar. Erst durch einen mehr oder weniger aufwendigen Ätzprozess werden diese lichtmikroskopisch oder für das Auge direkt sichtbar. Da bei FKSD von der Herstellung bis zur Ätzung alle Ereignisse registriert werden, handelt es sich somit auch um integrierende Detektoren.Für die Dosimetrie ist insbesondere der Nachweis von leichten Ionen bis zu spezifischen Energien von 10 MeV / Nukleon wichtig. Protonenstrahlung wird für die Radiotherapie von Geschwulstkrankheiten angewendet; die meisten leichten Ionen der Elemente Wasserstoff bis Sauerstoff sind Bestandteile der Sekundärstrahlung von Neutronen,[Alpha]-Teilchen treten häufig als Zerfallsprodukt verschiedener schwerer Radioisotope auf. Während eine große Zahl von Polymeren eine Empfindlichkeit für schwere Ionen zeigen, ist die Auswahl für leichte Ionen schon sehr eingeschränkt.[Alpha]-Teilchen können noch mit verschiedenen Polykarbonaten, Zelluloseacetat und -nitrat nachgewiesen werden. Die Registrierung von Protonen ist derzeit nur mit dem besonderen Polykarbonat CR - 39 und mit Zellulose (di/tri) nitrat möglich. Natürlich eignen sich diese Materialien auch hervorragend zur Messung von [Alpha] -Teilchen. Leichte Ionen stellen weiterhin eine wichtige Sonde in der Radiobiologie dar. Festkörperspurdetektoren können hier als Monitore für die getroffenen Zellen und Zellbestandteile dienen. Dadurch ist prinzipiell eine genaue Lokalisierung der getroffenen Zellbausteine/Organellen möglich...

Im Rahmen der Dissertation wurden mit der Glimmentladungs-Spektrometrie Materialproben untersucht, die Wasserstoff enthalten. Auch sehr geringe Gehalte, z.B. im µg/g-Bereich, können nachgewiesen werden. GD-OES ist oft die einzige Methode, die für diese analytische Aufgabenstellung zur Verfügung steht. Die Anwesenheit von Wasserstoff im Glimmentladungsplasma bewirkt verschiedene Effekte: (i) die Signalintensitäten der meisten analytischen Emissionslinien und der des Trägergases werden beeinflußt, (ii) aus dem Wasserstoffkontinuum resultiert ein erhöhter spektraler Untergrund, (iii) der elektrische Widerstand des Plasmas steigt und (iv) die Abtragsraten sinken. Zum Verständnis dieser Effekte werden grundlegende Untersuchungen zu den Anregungs- und Ionisationsmechanismen im Glimmentladungsplasma durchgeführt. Da es keine geeigneten Materialien gibt, für die der Gehalt an Wasserstoff stabil sind, wurden die Wasserstoffeffekte und die Möglichkeit des Nachweises von Wasserstoff durch Zugabe wohl definierter Mengen gasförmigen Wasserstoffs in das GD-Plasma simuliert. Für die Änderungen (i) de Analyt- und Trägergassignale, (ii) des Entladungsstroms als abhängigen GD-Pa-rameter sowie (iii) des Wasserstofflinien- und Kontinuumspektrums wurde experimentell festgestellt, dass sie sehr ähnlich sind, unabhängig davon, ob der Wasserstoff aus der Probe kommt oder als Gas ins Plasma eingeleitet wird. Die Anwesenheit von Wasserstoff im GD Plasma beeinflußt die Form des Abtragskraters, durch den die Tiefenauflösung bestimmt wird. Dieser Effekt kann gezielt bei nichtleitenden Schichtmaterialien genutzt werden, um die Tiefenauflösung zu verbessern. Weiterhin können Empfindlichkeit und Nachweisgrenze von bestimmten Emissionslinien eines Analyten verbessert werden. Der Was-serstoff im elektrolytischen (Cd- oder Zn-)Schichtsystem kann die Materialeigenschaften ver-schlechtern. Beispielhaft sei die Versprödung genannt. Mit der GD-OES Tiefen-profilanalyse kann die Wirkung thermischer Nachbehandlungen, die in der Technik üblich sind, verfolgt werden. Es konnte an praktischen Beispielen gezeigt werden, dass für erfolgreiche Anwendungen der GD-OES für Dünnschichtanalytik die Reinheit (d.h. minimale H-Effekte) der GD-Quelle von entscheidender Bedeutung ist.

Das Ziel dieser Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur technologischen, ökonomischen und ökologischen Weiterentwicklung der anodischen Verfahren zur Oberflächenkeramisierung von Aluminium zu leisten. Die Arbeit ist in zwei thematische Schwerpunkte untergliedert. Im ersten Teil wird für die Hartanodisation eine hinsichtlich eines geringeren Energieeinsatzes optimierte Elektrolytzusammensetzung identifiziert und mit einem optimierten galvanostatischen Pulsmuster simultan appliziert. Im Ergebnis kann die Gesamtleistungsaufnahme um ca. 6 % reduziert werden, ohne die mechanischen Eigenschaften der Oxidschichten zu mindern. Im zweiten Schwerpunkt werden das Lichtbogen- und das Flammspritzen mit der plasmaelektrolytischen anodischen Oxidation kombiniert, um verschleißbeständige Aluminiumoxidschichten auf Stahl-, Titan- und Magnesiumsubstraten zu applizieren. Neben einer umfangreichen Mikrostrukturanalyse (REM, EDX, XRD, EBSD) werden die mechanischen Eigenschaften der Schichten untersucht und mit atmosphärisch plasmagespritzten Al2O3-Schichten verglichen. Insbesondere Oxidschichten auf lichtbogengespritztem AlCu4Mg1 zeigen dabei eine hohe Härte sowie eine sehr gute Verschleißbeständigkeit. / The aim of the present work is to contribute to the technological, economic and ecological improvement of the anodic processes for the surface ceramization of aluminum. The work is subdivided into two thematic priorities. In the first part, for the hard anodizing process an optimized electrolyte composition for a lower energy input is identified and applied simultaneously with an optimized galvanostatic pulse regime. As a result, the total power consumption can be reduced by approximately 6% without reducing the mechanical properties of the oxide coatings. In the second focus, arc and flame spraying are combined with plasma electrolytic anodic oxidation to apply wear resistant aluminum oxide coatings on steel, titanium and magnesium substrates. In addition to a comprehensive microstructural analysis (SEM, EDX, XRD, EBSD), the mechanical properties of the layers are investigated and compared with atmospheric plasma sprayed Al2O3 coatings. In particular, oxide layers formed on arc sprayed AlCu4Mg1 coatings show a high hardness as well as very good wear resistance.

Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung der dynamischen und strukturellen Eigenschaften sowie des Phasenverhaltens konzentrierter flüssiger Elektrolyte und ihrer Anwendung in Energiespeichern mittels Methoden der statistischen Mechanik und mithilfe atomistischer Molekulardynamik (MD) Simulationen. Zuerst untersuchen wir die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in konzentrierten Elektrolytlösungen wie sie in Lithium-Schwefel (Li/S), durch wir ein MD Simulationsmodell repräsentativer state-of-the-art Elektrolyt-Systeme für Li/S-Batterien bestehend aus Polysulfiden, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) und LiNO 3 Elektrolyten mit jeweils unterschiedlichen Kettenlängen gemischt in organischen Lösungsmitteln aus 1,2-dimethoxyethane and 1,3-dioxolane erstellen. Als Zweites befassen wir uns mit der Phasenseparation, die auftritt, wenn sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften flüssiger Gemische voneinander unterscheiden. Diese Systeme bestehen üblicherweise aus einem konzentrierten anorganischen Salz und einer ionischen Flüssigkeit. In dieser Arbeit untersuchen wir eine Vielfalt von hochkonzentrierten wässrigen Elektrolytlösungen, die aus unterschiedlichen Zusammensetzungen von LiCl und LiTFSI bestehen. Daraufhin beantworten wir die Frage, wie unterschiedlich die Komponenten in der wässrigen Lösung gemischt sein sollten, damit eine solche flüssig-flüssig-Phasentrennung stattfinden kann. Als letztes untersuchen wir die Ladungsabschirmung, die ein grundlegendes Phänomen ist, das die Struktur von Elektrolyten im Bulk und an Grenzflächen bestimmt. Wir haben in dieser Arbeit die Abschirmlängen für verschiedene Elektrolyte von niedrigen bis zu hohen Konzentrationen untersucht. / Electrolytes can be found in numerous applications in daily life as well as in scientific research. The increases in demand for energy-storage systems, such as fuel cells, supercapacitors and batteries in which liquid electrolyte properties are critical for optimal function, draw critical attention to the physical and chemical properties of electrolytes. Those energy-storage devices contain intermediate or highly concentrated electrolytes where established theories, like the Debye-Hückel (DH) theory, are not applicable. Despite the efforts to describe the physical properties of intermediate or highly concentrated electrolytes, theoretical atomistic-level studies are still lacking. This thesis is devoted to critically investigate the transport/structural properties and a phase behavior of concentrated liquid electrolytes and their application in energy-storage devices, using statistical mechanics and atomistic molecular dynamics (MD) simulations. Firstly, we investigate the structure-property relationship in concentrated electrolyte solutions in next-generation lithium-sulfur (Li/S) batteries. Secondly, phase separation may exist if the physio-chemical properties of liquid mixtures are very different. Recently, the coexistence phase of two aqueous solutions of different salts at high concentrations was found, called aqueous biphasic systems. We explore a wide range of compositions at room temperature for highly concentrated aqueous electrolytes solutions that consist of LiCl and LiTFSI. Lastly, charge screening is a fundamental phenomenon that governs the structure of liquid electrolytes in the bulk and at interfaces. From the DH theory, the screening length is expected to be extremely small in highly concentrated electrolytes. Yet, recent experiments show unexpectedly high screening lengths in those. This intriguing phenomenon has prompted a new set of theoretical works. We investigate the screening lengths for various electrolytes from low to high concentrations.

Im Rahmen der Dissertation wurden mit der Glimmentladungs-Spektrometrie Materialproben untersucht, die Wasserstoff enthalten. Auch sehr geringe Gehalte, z.B. im µg/g-Bereich, können nachgewiesen werden. GD-OES ist oft die einzige Methode, die für diese analytische Aufgabenstellung zur Verfügung steht. Die Anwesenheit von Wasserstoff im Glimmentladungsplasma bewirkt verschiedene Effekte: (i) die Signalintensitäten der meisten analytischen Emissionslinien und der des Trägergases werden beeinflußt, (ii) aus dem Wasserstoffkontinuum resultiert ein erhöhter spektraler Untergrund, (iii) der elektrische Widerstand des Plasmas steigt und (iv) die Abtragsraten sinken. Zum Verständnis dieser Effekte werden grundlegende Untersuchungen zu den Anregungs- und Ionisationsmechanismen im Glimmentladungsplasma durchgeführt. Da es keine geeigneten Materialien gibt, für die der Gehalt an Wasserstoff stabil sind, wurden die Wasserstoffeffekte und die Möglichkeit des Nachweises von Wasserstoff durch Zugabe wohl definierter Mengen gasförmigen Wasserstoffs in das GD-Plasma simuliert. Für die Änderungen (i) de Analyt- und Trägergassignale, (ii) des Entladungsstroms als abhängigen GD-Pa-rameter sowie (iii) des Wasserstofflinien- und Kontinuumspektrums wurde experimentell festgestellt, dass sie sehr ähnlich sind, unabhängig davon, ob der Wasserstoff aus der Probe kommt oder als Gas ins Plasma eingeleitet wird. Die Anwesenheit von Wasserstoff im GD Plasma beeinflußt die Form des Abtragskraters, durch den die Tiefenauflösung bestimmt wird. Dieser Effekt kann gezielt bei nichtleitenden Schichtmaterialien genutzt werden, um die Tiefenauflösung zu verbessern. Weiterhin können Empfindlichkeit und Nachweisgrenze von bestimmten Emissionslinien eines Analyten verbessert werden. Der Was-serstoff im elektrolytischen (Cd- oder Zn-)Schichtsystem kann die Materialeigenschaften ver-schlechtern. Beispielhaft sei die Versprödung genannt. Mit der GD-OES Tiefen-profilanalyse kann die Wirkung thermischer Nachbehandlungen, die in der Technik üblich sind, verfolgt werden. Es konnte an praktischen Beispielen gezeigt werden, dass für erfolgreiche Anwendungen der GD-OES für Dünnschichtanalytik die Reinheit (d.h. minimale H-Effekte) der GD-Quelle von entscheidender Bedeutung ist.