Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Medium Range Order in binären Alkalisilicatgläsern mittels 29Si-Festkörper-NMR-Spektroskopie. Die Medium Range Order kann durch die Qn,jklm-Verknüpfungen beschrieben werden. Die experimentelle Ermittlung der Qn,jklm-Verknüpfungen ermöglicht Aussagen über die kontrovers diskutierte topologische Verteilung der Qn-Gruppen im Glas, d.h. ob im Glas eine homogene oder inhomogene Qn-Verteilung vorliegt. Es wurden 29Si-angereicherte binäre Natrium- und Lithiumsilicatgläser verschiedener Zusammensetzungen NMR-spektroskopisch untersucht. Die Anreicherung mit dem 29Si-Isotop führte einerseits zu einer signifikanten Verbesserung des Signal / Rausch-Verhältnisses der 1D-Spektren und ermöglichte andererseits die Anwendung von 2D-NMR-Experimenten. Aus der Kombination der verschiedenen NMR-Methoden konnten Erkenntnisse über die Qn,jklm-Verknüpfungen gewonnen werden. In allen untersuchten Gläsern wurden Abweichungen von einer homogenen Qn-Verteilung gefunden.

Um Proteine und Peptide ohne Verluste in der Trennleistung mit Hilfe der Kapillarelektrophorese zu analysieren, wurde der Innenkanal von fused silica Kapillaren mit 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) nach dem Prinzip der radikalischen Atomtransferpolymerisation beschichtet. Durch die Variation einiger Reaktionsparameter konnten dabei vier HEMA-Beschichtungen erhalten werden. Mit diesen wurden dann nach den Methoden der Kapillarzonenelektrophorese bei pH 3 und pH 9 und der isoelektrischen Fokussierung Vergleichsmessungen durchgeführt. Die Detektion erfolgte dabei teilweise mit einem Elektrosprayionisations-Flugzeit-Massenspektrometer. Es stellte sich heraus, dass sich die entwickelten Kapillarbeschichtungen im Bezug auf Trenneffizienz wie auch Stabilität im basischen Bereich teilweise stark voneinander unterschieden. Die Betrachtung der Polymerschichten mit Hilfe der Atomkraftmikroskopie zeigte, dass die Morphologie der HEMA-Beschichtung stark vom gewählten Reaktionsmedium abhängig ist.

Die hier vorgelegte Arbeit beschäftigt sich mit der Aufklärung von Wasserstoffsorptionsphänomenen an Kohlenstoffmodifikationen, welche in der Literatur kontrovers diskutiert werden. Ziel war, die publizierten Ergebnisse nachzuvollziehen, die Phänomene zu erklären und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen herzustellen. Dabei wurde zum Einen die Sorption von Wasserstoff an Graphit-Nano-Fasern und zum Andern die Sorption von Wasserstoff an alkalisalzdotiertem Graphit untersucht. Es konnte mit der vorliegenden Arbeit zweifelsfrei nachgewiesen werden, dass die zunächst publizierten Ergebnisse zur Wasserstoffspeicherung in Graphit-Nano-Fasern in keiner Weise realisierbar sind. Es wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit eine ungewöhnliche Sorptionscharakteristik der Graphit-Nano-Fasern gefunden. Des weiteren wurde im Rahmen dieser Arbeit festgestellt, dass die von Chen et. al. publizierten Ergebnisse zur Wasserstoffspeicherung an Lithium dotiertem Graphit zum großen Teil auf eine Reaktion mit Feuchtigkeit zurückzuführen sind. Jedoch konnte weiterhin eine deutliche Massenzunahme mit gereinigtem Wasserstoff nachgewiesen werden. Es ist anzunehmen, dass dieses Verhalten mit den insitu gefundenen neuen Phasen der Proben zusammen hängt.

Die vorliegende Arbeit widmete sich unter grundlagenorientierten und praxisrelevanten Aspekten der Entwicklung maßgeschneiderter, multifunktionalisierter Tenside mit potenziellen Sammler- und Filmbildungseigenschaften im Zusammenhang mit der mineralischen Flotation. Auf der Basis supramolekularer Konstruktionsprinzipien gelang die Synthese dendritisch verzweigter Amphiphile, die relevante Unterschiede in der Hydrophilie-Hydrophobie-Balance aufweisen und in der Flexibilität des Spacersegmentes sowie der peripheren Alkylkettenlänge im hydrophoben Molekülbereich variieren. Im Hinblick auf die Struktur-Wirkungs-Beziehungen der neuartigen Amphiphile fanden Versuche zur Ermittlung der tensidchemischen Parameter sowie Untersuchungen zu ihrem Filmbildungsverhalten statt. Des Weiteren wurden die synthetisierten Tenside im Mikroflotationsversuch auf ihre Eignung als Sammlerkomponenten am Modellmineral Fluorit getestet. Generell führt eine Erweiterung der polaren Haftgruppen zu einer wesentlich besseren Fixierung der amphiphilen Moleküle sowohl an der Phasengrenzfläche Wasser/Luft als auch an der mineralischen Fluoritoberfläche. Darüber hinaus begünstigt eine starre Geometrie die Ausbildung stabilerer monomolekularer Adsorptionsschichten. Im Flotationsprozess bewirken die präorganisierten, dendritisch verzweigten Sammlermoleküle gegenüber konventionellen Reagenzien eine deutliche Effizienzsteigerung.

Kernpunkt der Dissertationen ist aufbauend auf langjährigen Arbeiten zur Silicumchemie die Untersuchung analoger Hochtemperaturreaktionen in dem quaternären System Ge-Cl-H-Metall. Als Metalle wurden die germanidbildenden Metalle Ni, Cu und Fe und die primär chloridbildenden Metalle La, Mg und Ca in die Untersuchungen einbezogen. Zunächst werden die Eigenschaften der binären, folgend der ternären und schließlich der quaternären Systeme untersucht. Die Experimente beinhalten Umsetzungen im Strömungsreaktor, isotherme und anisotherme DSC-Messungen mit kinetischer und thermodynamischer Zielstellung teilweise in Kopplung mit FT-IR und MS sowie die entsprechenden Charakterisierungsmethoden (XRD, REM-EDX, chemische Analyse, NMR, FT-IR). Versuchsplanung und Interpretation der Messergebnisse werden begleitet durch umfangreiche thermodynamische Berechnungen. Es resultieren neuartige Ergebnisse zur Reaktivität in den stofflichen Systemen.

Gegenstand dieser Arbeit sind Untersuchungen zur thermischen Zersetzung und zur Hydrolyse von Borazan. Die feste Verbindung Borazan H3BNH3 ist aufgrund ihrer hohen Wasserstoffspeicherkapazität, im Hinblick einer Anwendung als Wasserstoffquelle, von Interesse. Der chemisch gebundene Wasserstoff wird nach einem komplizierten Mechanismus freigesetzt, der stark von den gewählten Zersetzungsbedingungen beeinflusst wird. Ziel war es, geeignete Prozessparameter für die Wasserstoffabgabe zu ermitteln. Es kommen vor allem kalorimetrische, thermogravimetrische und volumetrische Methoden zum Einsatz, um die freigesetzte Wasserstoffmenge zu ermitteln, die für die Wasserstofffreisetzung notwendigen Temperaturen festzulegen und die Zersetzungsenthalpien zu bestimmen. Des Weiteren erfolgte die Ermittlung der molaren Standardbildungsenthalpie und der molaren Standardentropie von Borazan. Aussagen zum Zersetzungsmechanismus werden zusätzlich mit Hilfe verschiedener Analysenmethoden, für die thermische Zersetzung insbesondere durch Emissionsgas-Thermoanalysen erhalten.

Die Arbeit befasst sich mit dem chemischen Verhalten von Oberflächen an Siliciumnanopartikeln. Diese stehen in ihrer Reaktivität, aufgrund des großen Verhältnisses Oberfläche zu Volumen, zwischen einzelnen Atomen und ausgedehnten Kristallen. Durch Umsetzung mit unterschiedlich funktionalisierten Molekülen gelingt es, die Oberfläche der Partikel zu modifizieren. Dabei wurde eine neue Möglichkeit gefunden, Si-C-Bindungen auf Si-Oberflächen zu erzeugen. Die Modifizierung mit Wasserstoff (durch Behandlung mit HF) oder mit Chlor (durch Umsetzung mit Chlorierungsmitteln) schafft neue, synthetisch wertvolle Ausgangssituationen. Darauf aufbauend konnten Alkyl, Alkoxy- und Amingruppen kovalent angeknüpft werden. Die chemische Modifizierung der Nanopartikel führt zu verändertem Photoleitfähigkeits- sowie Photolumineszenzverhalten. Es wurde ein Vorschlag zur Deutung dieser Effekte entwickelt.

Es wurde das Verzinkungsverhalten von Baustahl beim Stückverzinken im technisch nutzbaren Bereich untersucht. Dazu wurde das Schichtwachstum der Zinküberzüge bei Verwendung konventioneller ZnPb-Schmelze anhand von Schichtdicken und Gefügeausbildungen in Ab-hängigkeit von den relevanten Parametern ermittelt. Weiterhin wurde der Einfluss des Was-serstoffs im Stahl auf die Schichtbildung beim Feuerverzinken eingeschätzt. Das Resultat ist eine umfassende Modellvorstellung der Schichtbildungsvorgänge beim Feuerverzinken von 435°C bis 620°C. Sie erklärt das Verzinkungsverhalten von Baustahl und trägt zum Verständnis vieler Phänomene beim Feuerverzinken bei. Weiterhin wurden Überzüge aus legierten Zinkschmelzen untersucht. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der Wirkung der einzelnen Legierungselemente in der Zinkschmelze interpretiert. Dem Anwender wird ein Leitfaden zur Verfügung gestellt, der Vor- und Nachteile der in der Praxis verfügbaren Zinkschmelzen beschreibt.

Als Modellsystem für Oxide mit Perowskitstruktur ist Strontiumtitanat besonders geeignet, um generalisierbare Erkenntnisse über die Auswirkungen von Defekten zu gewinnen und ausgehend davon Struktur-Eigenschafts-Korrelationen zu diskutieren. Durch den Einsatz verschiedener oberflächensensitiver Methoden lässt sich im Ausgangszustand eine erhöhte Konzentration von Liniendefekten an der Oberfläche nachweisen, die sich durch Temperaturbehandlung verkleinert. Die Defektchemie bei hohen Temperaturen wird zur Simulation der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit vom umgebenden Sauerstoff-Partialdruck genutzt. Die Dotierung des oxidischen Halbleitermaterials ist von Eigendefekten abhängig, wobei Sauerstoff-Leerstellen Donatorniveaus bilden und Strontium-Leerstellen Akzeptorcharakter besitzen. Neben der Diffusionsbewegung dieser Eigendefekte bei hohen Temperaturen kann bei niedrigen Temperaturen ein elektrisches Feld deren Umverteilung bewirken. Damit zeigt sich die Leitfähigkeit abhängig von externen elektrischen Feldern, aber auch weitere Eigenschaften sind auf diesem Wege modifizierbar. Im Rahmen der Arbeit werden strukturelle Änderungen, Valenz-Änderungen und veränderte mechanische Eigenschaften nachgewiesen, die jeweils abhängig vom elektrischen Feld schaltbar sind. Schließlich wird das gezielte Ausnutzen struktureller Defekte für Speicherzellen, die den schaltbaren Widerstand von Metall-SrTiO3-Kontakten zur Grundlage haben, vorgestellt. Die Anwendbarkeit des oxidischen Halbleiters als resistives Speicherelement beruht wiederum auf der Kopplung von Sauerstoff-Leerstellen an das elektrische Feld. / Being a model system for oxides with pervovskite-type of structure, strontium titanate can be used to gain generalizable insights into the consequences of defects and to discuss resulting structure-property relationships. By employing different surface sensitive methods, an increased concentration of line defects is found at the surface that reduces on temperature treatment. The defect chemistry at elevated temperatures is used to simulate the electric conductivity depending on the oxygen partial pressure during annealing. Doping of the oxidic semiconductor depends on intrinsic defects, whereby oxygen vacancies form donor states and strontium vacancies have acceptor character. Beside the diffusion movement of these intrinsic defects at elevated temperatures, at low temperatures an electric field may cause their redistribution. Hence, the conductivity becomes dependent on external electric fields but also other properties can be altered in this way. Within this work, structural changes, valence changes and changing mechanical properties are shown to be switchable by the electric field. Finally, the dedicated usage of structural defects is demonstrated on memory cells that employ the switchable resistance of metal-SrTiO3 junctions. The applicability of the oxidic semiconductor as a resistive memory element is again based on the coupling between oxygen vacancies and the electric field.

Im quaternären System Erdalkalimetall-Silicium-Chlor-Wasserstoff bildet sich bei der Umsetzung des Metalls mit einer SiCl4-H2-Atmosphäre eine quaternäre Phase. Diese metastabile Phase zerfällt beim Abkühlen in das Metallchlorid und Silicium in nanokristalliner Form. Die vorliegende Arbeit hat sich mit der tiefergehenden Charakterisierung der quaternären Phase beschäftigt. Dazu wurden die Eigenschaften des quaternären Systems aus den Eigenschaften der sechs binären und vier ternären Systemen abgeleitet. Die Oberfläche wurde erstmals mit Photoelektronenspektroskopie charakterisiert. Zusätzlich gelang erstmalig die Verfolgung der Bildungsreaktion durch Messung des Spannungsabfalls über das Reaktionssystem. Erste Ansätze zur Aufklärung des Bildungsmechanismus ausgehend von den Ergebnissen der Charakterisierung wurden zusätzlich aufgezeigt.