The atomic dynamics in liquids is still a challenging subject. The objective of this thesis was to study how the dynamics depends on the TYPE of the atomic interaction. Dynamic properties extracted from inelastic neutron scattering experiments on three binary systems clearly show a discontinous behaviour in the transition from a pure metallic to an ionic and partly covalent bonding regime. Further, results of Monte-Carlo simulations of a new type of spectrometer, a Neutron-Brillouin-Spectrometer, that is currently under construction, are presented. / In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Art der zwischenatomaren Wechselwirkung auf die atomare Dynamik in Fluessigkeiten untersucht. Dafuer wurden geeignete binaere Systeme ausgewaehlt und deren Dichtefluktuationen mittels unelastischer Neutronenstreuung gemessen. Neben den teilweise bekannten strukturellen Veraenderungen, die beim Uebergang von rein metallischen zu ionischen und teilweise kovalenten Bindungen auftreten, konnten vor allem die Auswirkungen wechselnder Bindungsverhaeltnisse auf eine Reihe dynamischer Eigenschaften nachgewiesen werden. Besonders hervorzuheben sind dabei der Nachweis eines Hochfrequenzbandes im Frequenzspektrum des fluessigen RbSb sowie in den fluessigen Na-Sn Legierungen die Aufspaltung der aus der longitudinalen Stromkorrelationsfunktion abgeleiteten Dispersion in zwei Baender, die die verschiedenartige Dynamik der unterschiedlich schweren Komponenten widerspiegeln. Desweiteren werden in dieser Arbeit Ergebnisse umfangreicher Monte-Carlo Simulationen fuer ein im Bau befindliches neuartiges Neutronen-Brillouin-Spektrometer vorgestellt.

Diese Arbeit beschreibt die Untersuchung der Dynamik in eingeschränkten und gescherten Flüssigkeitsfilmen mit Hilfe der optischen Detektion einzelner Farbstoffmoleküle. Speziell dafür wurde ein modifizierter Surface-Forces- Apparatus konstruiert und aufgebaut. Dieser erlaubt es, im Flüssigkeitsfilm eine Scherströmung zu erzeugen. Mit der Analyse der Schrittweitenverteilung wird ein Werkzeug vorgestellt, welches räumlich aufgelöst und richtungssensitiv eine Analyse für Daten des Einzelmolekültrackings erlaubt. Angewandt auf Experimente in gescherten Flüssigkeitsfilmen ergibt sich die Möglichkeit, die strömungsinduzierte Bewegung einzelner Moleküle von deren diffusiver Bewegung zu unterscheiden. Für Experimente mit Tetrakis-(2-ethylhexoxy)-silane zeigt sich in der Nähe fester Substrate (Mica, Quarz) eine deutlich verlangsamte Diffusion einzelner Farbstoffmoleküle. Außerdem wird direkt an der Oberfäche ein Haftpotential (Tiefe etwa 600 meV ) gefunden, welches einzelne Farbstoffmoleküle in einer dünnen Grenzschicht (Dicke etwa 5 nm) an der Oberfläche hält, ohne deren laterale Beweglichkeit deutlich zu verringern. Dieses Verhalten lässt sich durch die Ausbildung von Flüssigkeitsschichten entlang der festen Oberfläche erklären. Für alle untersuchten Filmdicken und Scherraten wurde die selbe Diffusionskonstante gefunden, welche um etwa eine Größenordnung kleiner als die Diffusionkonstante für Farbstoffmoleküle in der Volumenflüssigkeit ist. Diese Beobachtung kann durch die in der Nähe fester Substrate vergrößerte effektive Viskosität der Flüssigkeit erklärt werden.

In der vorliegenden Arbeit werden mehrere Aspekte der Übergangsmetallkatalyse beleuchtet. Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit geladenen Palladiumspezies. Während kationische Palladium-NHC-Komplexe in der Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung effiziente Katalysatoren darstellen, sind anionische 'ligandfreie' Palladium-Komplexe in der Mizoroki-Heck-Reaktion aktiver. Diese Unterschiede werden mit mechanistischen Untersuchungen und quantenchemischen Rechnungen nachvollzogen. Beide Systeme wurden anschließend weiterentwickelt. Die resultierenden dikationischen Palladium-NHC-Komplexe weisen ein vielfältiges Koordinationsverhalten in Lösung und im Festkörper auf und eignen sich zur Anwendung in der Hydroaminierung und Hydroarylierung von Alkinen. Das ligandfreie Anion wurde in neuartigen metallhaltigen 'tunable aryl alkyl ionic liquids' (TAAILs) eingesetzt, die in der oxidativen Heck-Reaktion und in der reduktiven Arylhalogenid-Dimerisierung katalytisch aktiv sind. Ein weiterer Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Reaktionen in ionischen Flüssigkeiten und Wasser. Ein Polyethylenglykol-modifizierter Palladium-NHC-Komplex eignet sich zur Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung sterisch anspruchsvoller Boronsäuren und Chloraromaten in einem Wasser-Ethanol-Gemisch. Gelöste Metallsalze enthaltende TAAILs wurden als Reaktionsmedium in der Katalyse eingesetzt. Dazu zählen die Cobalt-katalysierte Hydroarylierung/ Hydroaminierung, die den Zugang zu potentiell pharmakologisch bedeutsamen aromatischen Aminen ermöglicht, aber auch die Platin-katalysierte Hydroamidierung und die Palladium- und Kupfer-katalysierte Dimerisierung von Styrol.

In der vorliegenden Arbeit wurden Messtechniken zur Charakterisierung organischer Flüssigkeiten geringer Leitfähigkeit mittels Impedanzspektroskopie erprobt. Es wurden verschiedene kapazitive Elektrodenanordnungen mit dem zu untersuchenden Öl als Dielektrikum entwickelt und auf ihre Eignung zur Impedanzmessung an Schmierölen untersucht. Ausgehend von der empirischen Erfahrung, dass die Impedanzwerte in Ölen stark temperaturabhängig sind, wurde in Anlehnung an die Arrheniussche Theorie der chemischen Reaktionskinetik ein Auswerteverfahren für impedanzspektroskopische Messdaten entwickelt und getestet. So wurden die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass für einen, in einem bestimmten Frequenzbereich relevanten Leitungsprozess, der zugehörige, auf molekularer Ebene ablaufende Vorgang mit bekannter Aktivierungsenergie angegeben werden kann.

With the advancements in the field of wireless sensor networks (WSNs), more and more applications require the sensor nodes to have long lifetime. Energy harvesting sources, e.g. thermoelectric generators (TEGs), can be used to increase the lifetime and capability of the WSNs. Integration of energy harvesters into sensor nodes of WSNs can realize self powered systems, providing the possibility for maintenance free WSNs. TEGs can convert the existing temperature differences into electricity. The efficiency of TEGs is directly related to the dimensionless figure of merit (ZT) of materials, which is given as ZT=σS^2 T/k, where σ is the electrical conductivity, S is the Seebeck coefficient, k is the thermal conductivity, T is the temperature and σS^2 is the power factor. Traditional thermoelectric (TE) materials are based on inorganic materials, of which the thermal conductivity is high. Over the past decade, the use of nanostructuring technology, e.g. superlattice, could decrease the thermal conductivity in order to enhance the efficiency of TE materials. However, the high cost and the rigidity of inorganic TE materials are limiting factors. As alternatives, polymer based materials have become the research focus due to their intrinsic low thermal conductivity, high flexibility and high electrical conductivity. Moreover, polymer based materials could be fabricated in solution form, giving the possibility for employing printing techniques hence a decrease in the production cost. Unlike the typical approach, in which secondary dopants are added into PEDOT:PSS solutions to modify the power factor of polymer films, this thesis is focused on a more efficient method to improve TE properties. This thesis demonstrates for the first time that post treatment of PEDOT:PSS films with the secondary dopant DMSO as the medium results in a much larger power factor than the traditional addition method. The post treatment method also avoids the usually required mixing step involved in the addition method. Different solvents were selected to discuss the impact factors in the modification of the power factor by this post treatment approach. The post treatment of PEDOT:PSS films was then extended to utilize a green solvent EMIMBF_4 (an ionic liquid) as the medium. EMIMBF_4 is found to exchange ions with PEDOT:PSS films. As a result, the EMIM^+ cations remain in the films and reduce the oxidation level of PEDOT chains, which affects the Seebeck coefficient and the electrical conductivity. Furthermore, TE materials based on hybrid composites with polymer as the matrix and Te nanostructures as the nanoinclusions were investigated. This thesis successfully developed a green synthesis method to obtain Te nanostructures, in which a non toxic reductant and a non toxic Te sources were used. Well controlled Te nanostructures including nanorods, nanowires and nanotubes were synthesized by wet chemical and hydrothermal synthesis. Those as synthesized Te nanowires were then integrated into PEDOT:PSS solution for composite films fabrication. A high Seebeck coefficient up to 200 μV/K was observed in the composite film. / Mit den Weiterentwicklungen der Drahtlosen Sensornetzwerke (engl. WSN, wireless sensor networks) stellen immer mehr Anwendungen die Forderung einer langen Lebensdauer der Sensorknoten. Energiegewinnungssysteme (engl. Energy Harvesters) wie z.B. thermoelektrische Generatoren (TEGs) können genutzt werden, um die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der WSN zu steigern. Mit der Integration von Energy Harvesters können WSN ohne äußere Stromversorgung realisiert und somit die Möglichkeit zur Wartungsfreiheit geschaffen werden. TEGs liefern Energie durch die Umwandlung einer Temperaturdifferenz in Elektrizität. Die Effektivität der TEG ist direkt verbunden mit der Material-Kennzahl ZT und ist gegeben durch ZT=σS^2 T/k, wobei σ die elektrische Leitfähigkeit ist, S der Seebeck Koeffizient, k die thermische Leifähigkeit, T die Temperatur und σS^2 der Leistungsfaktor. Herkömmliche thermoelektrische (TE) Materialien basieren auf anorganischen Materialien, von denen die thermische Leitfähigkeit hoch ist. Im Laufe des letzten Jahrzehnts konnte durch den Einsatz der Nanostrukturierung die thermische Leitfähigkeit verringern werden um damit die Effizienz von TE-Materialien zu steigern. Die Steifigkeit dieser Materialien ist ein anderer Aspekt. Als Alternative für anorganische TE Materialien sind Polymer basierte TE Materialien zum Fokus der Forschung geworden aufgrund einer intrinsisch niedrigen thermischen Leitfähigkeit, hohen Flexibilität und hohen elektrischen Leitfähigkeit. Des Weiteren können diese Polymere in gelöster Form verarbeitet werden, was die Möglichkeit für den Einsatz von Drucktechnologien und damit geringeren Produktionskosten gibt. Anders als der herkömmliche Ansatz den Leistungsfaktor der Polymerfilme durch die Ergänzung von sekundären Dotanten in PEDOT:PSS Lösungen zu verändern, wurde in dieser Arbeit eine effizientere Methode zur Verbesserung der TE Eigenschaften gesucht. In dieser Arbeit wird zum ersten Mal gezeigt, dass die Nachbehandlung von PEDOT:PSS Schichten mit sekundären Dotanten Dimethylsulfoxid (DMSO) als Medium der Nachbehandlung zu einem viel höheren Leistungsfaktor führt als bei der Zugabemethode und außerdem die sonst erforderliche Mischprocedur vermeidet. Es wurden verschiedene Lösungsmittel ausgewählt um die Einflussfaktoren bei der Modifikation des Leistungsfaktors durch die Nachbehandlung von Polymerschichten zu diskutieren. Die Nachbehandlung von PEDOT:PSS Schichten wurde nachfolgend erweitert um das umweltfreundliche Lösungsmittel EMIMBF4 (eine ionische Flüssigkeit) als das Medium einzusetzen. EMIMBF4 ist bekannt für den Austausch von Ionen mit PEDOT:PSS Schichten, so dass EMIM Kationen in der Schicht verbleiben, die Oxidationsstufe der PEDOT-Ketten senken und damit den Seebeck-Koeffizient und die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen. Des Weiteren konzentriert sich diese Arbeit auf TE Materialien basierend auf Kompositen aus Polymeren mit Nanoeinlagerungen. Erfolgreiche Syntheseansätze wurden für Tellur-Nanostrukturen entwickelt, bei denen keine giftigen Reduktionsmittel und keine giftigen Tellur-Quellen zur Verwendung kamen. Es erfolgte die Erzeugung von kontrollierten Tellur-Nanostrukturen, einschließlich Nanostäben, Nanodrähten und Nanoröhren, mit nass-chemischer und hydrothermaler Synthese. Die so hergestellten Nanodrähte wurden dann in PEDOT:PSS Lösungen integriert für die Herstellung von Komposite-Schichten. Dabei konnte ein hoher Seebeck-Koeffizienten, bis zu 200 μV/K, festgestellt werden.

In der vorliegenden Arbeit wurden Messtechniken zur Charakterisierung organischer Flüssigkeiten geringer Leitfähigkeit mittels Impedanzspektroskopie erprobt. Es wurden verschiedene kapazitive Elektrodenanordnungen mit dem zu untersuchenden Öl als Dielektrikum entwickelt und auf ihre Eignung zur Impedanzmessung an Schmierölen untersucht. Ausgehend von der empirischen Erfahrung, dass die Impedanzwerte in Ölen stark temperaturabhängig sind, wurde in Anlehnung an die Arrheniussche Theorie der chemischen Reaktionskinetik ein Auswerteverfahren für impedanzspektroskopische Messdaten entwickelt und getestet. So wurden die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass für einen, in einem bestimmten Frequenzbereich relevanten Leitungsprozess, der zugehörige, auf molekularer Ebene ablaufende Vorgang mit bekannter Aktivierungsenergie angegeben werden kann.

Single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) are a fascinating material because they exhibit many outstanding properties. Due to their unique geometric structure, they are a paradigm for one-dimensional systems. Furthermore, depending on their chirality, they can be either metallic or semiconducting. The SWCNT are arranged in bundles of some ten nanotubes with a random distribution of semiconducting and metallic tubes. They are thus one-dimensional objects embedded in a three-dimensional arrangement, the bundles. In this thesis, the metallic ground state of one-dimensional (1D) and three-dimensional (3D) systems is investigated on the basis of SWCNTs, using angle-integrated photoemission spectroscopy. In particular, a transition from a 1D to a 3D metallic system, induced by a charge transfer, is studied on SWCNTs and C60 peapods. In general, the metallic ground state of materials is greatly influenced by correlation effects. In classical three-dimensional metals, electron-electron interaction mainly leads to a renormalization of the charge carrier properties (e.g. effective mass), as described in Landau's Fermi liquid theory. One-dimensional metals are influenced to a greater extent by interactions. In fact, the Landau-quasiparticle picture breaks down due to the Peierls instability. Instead, one-dimensional metals are described by Tomonaga-Luttinger liquid (TLL) theory which predicts unusual properties such as spin-charge separation and non-universal power laws in some physical properties such as the electronic density of states (DOS). Angle-integrated photoemission spectroscopy provides direct access to the DOS and as such directly addresses the power law renormalization of a TLL. It is first shown, that the bundles of single-wall carbon nanotubes indeed exhibit a power law scaling of the electronic density of states is observed as it is expected from TLL theory. The main part of the thesis is devoted to the investigation of the metallic ground state of SWCNTs upon functionalization. In general, functionalization is a controlled modification of the structural and/or electronic properties of SWCNT. It can be carried out e.g. by doping with electron donors or acceptors, by filling the nanospace inside the tubes with molecules or by substituting carbon atoms. First, the behavior of the SWCNT upon chemical doping was probed. The overall modification of the electronic band structure can be explained well by a rigid band shift model. The one-dimensional character of the metallic tubes in the bundle is retained at low doping, but when the semiconducting tubes in the sample are also rendered metallic by the charge transfer, a Fermi edge emerges out of the power law renormalization of the spectral weight, signifying a transition to a three-dimensional metallic behavior. This can be explained by an increased interaction between the tubes in the bundle. A crossover from a Tomonaga-Luttinger liquid to a Fermi liquid is observed. The filling of SWCNTs with C60 molecules leads to the formation of so-called peapods. It raises questions concerning the role of the additional bands originating from the C60 filling in the one-dimensional system. In the pristine state, the states of the C60 filling were found to have no influence on the metallic ground state. The TLL power law scaling of the density of states is observed. The overall interaction between the SWCNT host and the C60 filling is small. Upon doping however, the modified band structure leads to a qualitative change in the crossover from a TLL to a Fermi liquid. Upon doping, also states in the conduction band of the C60 are filled. The evolution of the power law scaling at intermediate doping can be interpreted as an opening of an additional conduction channel of one-dimensional metallic chains of C60 inside the tubes. This is in good agreement with transport experiments. Upon further doping, a Fermi edge similar to the highly doped SWCNTs is observed.

Im Rahmen der verfassten Dissertation wurde der Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles untersucht, dessen Austrittsgeschwindigkeit durch periodische Geschwindigkeitsschwankungen moduliert wurde. Dabei konnten Phänomene beobachtet werden, die sich in neun Kategorien klassifizieren lassen. In dem relevanten fünfparametrigen dimensionslosen Raum konnten alle beobachteten Phänomene gegeneinander abgegrenzt werden. Soweit dies möglich war, wurden die Lage bzw. der Verlauf der Grenzen quantitativ bestimmt. Anhand dieser Grenzen konnten die relevanten Einflussgrößen auf die entstehenden Strahlstrukturen beschrieben werden. Es konnten Aussagen bezüglich der Entstehungsmechanismen gemacht werden. Die Untersuchungen wurden durch Auswertung der experimentell ermittelten Daten sowie durch numerische Berechnungen vorgenommen.

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The atomic dynamics in liquids is still a challenging subject. The objective of this thesis was to study how the dynamics depends on the TYPE of the atomic interaction. Dynamic properties extracted from inelastic neutron scattering experiments on three binary systems clearly show a discontinous behaviour in the transition from a pure metallic to an ionic and partly covalent bonding regime. Further, results of Monte-Carlo simulations of a new type of spectrometer, a Neutron-Brillouin-Spectrometer, that is currently under construction, are presented. / In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Art der zwischenatomaren Wechselwirkung auf die atomare Dynamik in Fluessigkeiten untersucht. Dafuer wurden geeignete binaere Systeme ausgewaehlt und deren Dichtefluktuationen mittels unelastischer Neutronenstreuung gemessen. Neben den teilweise bekannten strukturellen Veraenderungen, die beim Uebergang von rein metallischen zu ionischen und teilweise kovalenten Bindungen auftreten, konnten vor allem die Auswirkungen wechselnder Bindungsverhaeltnisse auf eine Reihe dynamischer Eigenschaften nachgewiesen werden. Besonders hervorzuheben sind dabei der Nachweis eines Hochfrequenzbandes im Frequenzspektrum des fluessigen RbSb sowie in den fluessigen Na-Sn Legierungen die Aufspaltung der aus der longitudinalen Stromkorrelationsfunktion abgeleiteten Dispersion in zwei Baender, die die verschiedenartige Dynamik der unterschiedlich schweren Komponenten widerspiegeln. Desweiteren werden in dieser Arbeit Ergebnisse umfangreicher Monte-Carlo Simulationen fuer ein im Bau befindliches neuartiges Neutronen-Brillouin-Spektrometer vorgestellt.