Laboratory magnetic measurements are used to develop a methodology to characterize the Kiruna-type Rare Earth Elements (REE) bearing apatite iron-oxide deposits at Blötberget in central Sweden. This high-grade ore deposit is known to have sharp boundaries between lens shaped main ore bodies of magnetite-rich ore, and a complex hematite-rich ore associated with pegmatites and skarn formation. The thesis covers laboratory magnetic measurements of 37 samples originating from eight drill cores and reference samples from previously mined area. It focuses on on-covering how the samples relate in terms of magnetic susceptibility, further its dependency on temperature, frequency, field and the orientation. The results are correlated with petrographic analysis previously performed on accompanying thin sections. The measurements show that magnetite with strong susceptibility contribution overshadow the hematite contribution in the samples. Transition changes in susceptibility are noticeable when crossing the Verwey temperature; -153°C, Curie temperature; 580°C and Néel temperature; 680°C. The Morin temperature appears at -60°C, or is missing. Linear relationships are identified between the magnitude difference in susceptibilities across transitions at high temperature and wt% magnetite and hematite have been identified. The Blötberget skarn and hematite-rich ore samples have a higher degree of susceptibility anisotropy than the other ore-types. Blötberget samples are dominated by multidomain characteristics in remanence, saturation and coercivity. High temperature measurements have shown that the magnetite is close to pure. The low temperature measurements suggest hematite is impure or bears a petrological footprint. The study also shows that rich iron ore samples sometimes can be at risk of being overlooked with standard methods of measuring susceptibility / Laboratorietekniska metoder kan användas som ett komplement till malmgeologi och geofysisk prospektering. I denna metodstudie karaktäriseras apatitjärnmalm från Blötberget, nära Grängesberg. En fyndighet bestående av linsformade malmkroppar rika på magnetit och ofta avskilda men komplexa hematitrika stråk. Studien är gjord 37 prover från totalt 8 borrkärnor, och lokaler som tillhörde produktion från gruvverksamhet under 1900-talet. Mätmetoderna fokuserar på att kartlägga malmens magnetiska egenskaper, och hur temperatur, frekvens, fältstyrka samt riktning påverkar dessa. Resultaten jämfördes med tidigare petrografisk studie av tillhörande tunnslip Resultaten visar att magnetit står för merparten av susceptibiliteten i proverna, men att även hematit kan urskiljas och kvantifieras. Temperaturberoende har påvisats vid övergångar för Verwey-temperatur; -153°C, Curie-temperatur; 580 °C, och Néeltemperatur; 680 °C. Den förväntade Morin-temperaturen vid -14°C, påträffades vid -60 °C eller saknas helt för flera av de hematitrika proverna. Magnetiskt anisotropa prover återfinns bland prover som identifierats som skarn eller hematitrika. Magnetisk granulometri visar karaktär av multidomäntyp med låg magnetisk coercivitet och hög satureringsförmåga. Högtemperaturmätningar av susceptibilitet visar på ren magnetit för prover från Blötberget. Samtidigt visar lågtemperaturemätningar att hematit sannolikt har inblandning av titanium eller bär på ett mer komplext förflutet. Studien visar också att det finns en risk i att enbart förlita sig på bulksusceptibilitet för prover rika på malm.

This thesis deals with the combined ultra-high vacuum (UHV) and electrochemical (EC) studies of selected iron oxide surfaces, namely Fe3O4(001) and -Fe2O3(012). The state-of- the-art knowledge regarding these surfaces is briefly reviewed, and importance of understanding these materials in the electrochemical environment is discussed. The design of the transfer system between UHV and EC environment is presented; individual features of the system are thoroughly discussed and the system is used for testing the stability of the Fe3O4(001) (2×2)R45° surface reconstruction in ambient conditions. The experimental results presented in this thesis show that the Fe3O4(001) (2×2)R45° reconstruction, utilized as an adatom array for single atom catalysis studies, survives both exposure to air and to liquid water, if the exposure is achieved in well-controlled fashion. Further, this thesis presents the first-ever atomic scale scanning tunneling microscopy (STM) study of the -Fe2O3(012) surface, which is important for photoelectrochemical water splitting. STM images of two surface reconstructions of the -Fe2O3(012) surface known to date are presented. A bulk terminated model of the (1×1) reconstruction is confirmed and a novel surface structure model for the (2×1) reconstructed surface is proposed. Adsorption studies of H2O and O2 on the (2×1) reconstructed surface are documented by timelapse STM.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit magnetischen Tunnelkontakten (magnetic tunnel junctions, MTJs) auf Basis des Oxids Zinkferrit (ZnxFe3-xO4). Dabei soll das Potential dieses Materials durch die Demonstration des Tunnelmagnetowiderstandes (tunnel magnetoresistance, TMR) in zinkferritbasierten Tunnelkontakten gezeigt werden. Dazu wurde ein Probendesign für MTJs auf Basis der „pseudo spin valve“-Geometrie entwickelt. Die Basis für dieseStrukturen ist ein Dünnfilmstapel aus MgO (Substrat) / TiN / ZnxFe3-xO4 / MgO / Co. Dieser ist mittels gepulster Laserabscheidung (pulsed laser deposition, PLD) hergestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die strukturellen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Dünnfilme untersucht. Des weiteren wurden die fertig prozessierten MTJ-Bauelemente an einem im Rahmen dieser Arbeit entwickeltem und aufgebautem TMR-Messplatz vermessen. Dabei ist es gelungen einen TMR-Effekt von 0.5% in ZnxFe3-xO4-basierten MTJs nachzuweisen. Das erste Kapitel der Arbeit gibt eine Einführung in die spintronischen Effekte Riesenmagnetowiderstand (giant magnetoresistance, GMR) und Tunnelmagnetowiderstand (TMR). Deren technologische Anwendungen sowie die grundlegenden physikalischen Effekte und Modelle werden diskutiert. Das zweite Kapitel gibt eine Übersicht über die Materialklasse der spinellartigen Ferrite. Der Fokus liegt auf den Materialien Magnetit (Fe3O4) sowie Zinkferrit (ZnxFe3-xO4). Die physikalischen Modelle zur Beschreibung der strukturellen, magnetischen und elektrischen Eigenschaften dieser Materialien werden dargelegt sowie ein Literaturüberblick über experimentelle und theoretische Arbeiten gegeben. Im dritten Kapitel werden die im Rahmen dieser Arbeit verwendeten Probenpräparations- und Charakterisierungsmethoden vorgestellt und technische Details sowie physikalische Grundlagen erläutert. Die Entwicklung eines neuen Probendesigns zum Nachweis des TMR-Effekts in ZnxFe3-xO4-basierten MTJs ist Gegenstand des vierten Kapitels. Die Entwicklung des Probenaufbaus sowie die daraus resultierende Probenprozessierung werden beschrieben. Die beiden letzten Kapitel befassen sich mit der strukturellen, elektrischen und magnetischen Charakterisierung der mittels PLD abgeschiedenen Dünnfilme sowie der Tunnelkontaktstrukturen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von funktionellen Magnetit-Nanokompositen durch Sprühtrocknung für die Anwendung in der Bioseparation. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der Anwendung von Polyelektrolyten als Ionenaustauscher sowie auf der Nachhaltigkeit des Herstellungsprozesses. Basierend auf einem existierenden Herstellungsprozess wurde die Aufgabenstellung konkretisiert. Es wurden Möglichkeiten zur nachhaltigen Prozessgestaltung der Synthese von kationischen bzw. anionischen magnetischen Funktionspartikeln zur Proteinabtrennung vorgestellt. Als magnetische Komponente wurde Magnetit verwendet. Aufgrund seines pseudo-amphiphilen Charakters und seiner besonderen Eigenschaften in Bezug auf die Stabilisierung von Magnetit-Kolloiden wurde Polyvinylbutyral (Mowital B 30T) als Matrixpolymer bei der Sprühtrocknung benutzt. Für die nachhaltige Prozessgestaltung wurden Isopropanol und Tetrahydrofuran als Dichlormethan-Ersatz bei der Sprühtrocknung verwendet. Bei der Synthese kationischer Magnetic Beads wurden verzweigtes Polyethylenimin und lineares Poly(Allyamin) als Anionenaustauscher verwendet. Beide Polykationen sind schwache Polyelektrolyte mit Aminogruppen. Für die Verarbeitung der Polykationen als funktionelle Liganden in magnetischen Funktionspartikeln wurde zwei Herstellungsmethoden vorgestellt: eine Synthese ohne Oberflächenmodifizierung, wobei die mechanische und chemische Stabilität der Funktionspartikeln einzig von der chemischen Struktur der eingesetzten Materialien bzw. vom Matrixpolymer abhängt, und eine Synthese mit Oberflächenmodifizierung. Die Synthese mit Oberflächenmodifizierung ist gekennzeichnet durch die kovalente Bindung von Polyethylenimin bzw. Poly(Allyamin) an der Oberfläche der Funktionspartikeln (Polyvinylbutyral). Dafür wurde 1,1’-Carbonyldiimidazol als „zero length“-Crosslinker benutzt. Die nach beiden Methoden hergestellten Funktionspartikeln wurden charakterisiert, um ihre technische Eignung beurteilen zu können. Für die Charakterisierung der sorptiven Eigenschaften wurde unter anderem der Bowman-Birk Inhibitor (BBI) verwendet. Das Protein ist ein Sojaprodukt und für seine krebsvorbeugende Wirkung bekannt. Um die Selektivität der Abtrennung zu untersuchen, wurden BBI-Produkte mit unterschiedlichen Reinheitsgraden benutzt. Durch die zwei vorgestellten Methoden konnten kationische magnetische Funktionspartikeln erfolgreich hergestellt werden. Alle Funktionspartikeln sind superparamagnetisch, und der Medianwert ihrer Partikelgrößenverteilung liegt im einstelligen Mikrometerbereich. Aufgrund eines höheren Polykationanteils ist die Bindungskapazität der Funktionspartikeln ohne Oberflächenmodifizierung um den Faktor 2,4 größer als die BBI-Bindungskapazität der Funktionspartikeln mit Oberflächenmodifizierung (Qmax=322 mg/g). Das Fehlen eine feste Anbindung des funktionellen Liganden an den Funktionspartikeln ohne Oberflächenmodifizierung verleiht jedoch diesen eine sehr schlechte chemische Stabilität in Lösungen. Es wurde auch gezeigt, dass oberflächenmodifizierte Funktionspartikeln mit ähnlichen Eigenschaften durch den Einsatz von Dichlormethan bzw. Tetrahydrofuran als Lösungsmittelersatz während der Sprühtrocknung hergestellt werden können. Durch den Einsatz von mit Poly(allylamin) oberflächenmodifizierten Funktionspartikeln konnte BBI von technischen Sojamolken unterschiedlicher Reinheitsgrade erfolgreich abgetrennt werden. Anionische Magnetic Beads wurden mit Kationenaustauscherharz als funktionellem Ligand hergestellt. Dabei wurde Isopropanol als organisches Lösungsmittel während der Sprühtrocknung verwendet. Die Synthese wurde analog zur Synthese der kationischen Magnetic Beads ohne Oberflächenmodifizierung durchgeführt. Es wurde auch hier gezeigt, dass anionische magnetische Funktionspartikeln mit guten sorptiven Eigenschaften durch den Einsatz von Isopropanol als organisches Lösungsmittel hergestellt werden können. Die anionischen Funktionspartikeln besitzen im Vergleich zu Literaturwerten höhere Bindungskapazitäten (bis 280 mg/g; ermittelt mit Lysozym). Im letzten Kapitel wird der kritische Prozessschritt des Lösungsmittelaustausches behandelt. Nach dem Lösungsmittelaustausch sollten die Magnetitnanopartikeln in der organischen Phase stabil sein. Dies ermöglicht sowohl eine homogene Verteilung der Nanopartikeln in der Matrix als auch deren bessere Verkapselung während der Sprühtrocknung. Es wurde festgestellt, dass sich eine vollständige Abtrennung von Dichlormethan durch die angewendete Destillationsmethode nicht erreichen lässt. Anhand von zwei Modellsystemen — Rizinolsäure- und Ölsäure-beschichteten Magnetitnanopartikeln — und Lösungsmittelgemischen wurde die Stabilität von sterisch stabilisierten Magnetitpartikeln in binären Lösungsmittelgemischen untersucht. Der Fokus bei dieser Untersuchung lag auf der Untersuchung der Stabilität der beschichteten Magnetitnanopartikeln in einer möglichst Dichlormethan- bzw. Isooktan-freien organischen Phase. Als zweites Lösungsmittel (als Lösungsmittelersatz betrachtet) wurden neben Tetrahydrofuran und Isopropanol technisch verbreitete Lösungsmittel wie Isooktan und 1-Butanol eingesetzt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Anwendung der technischen Rizinolsäure bzw. Ölsäure einen zusätzlichen Einfluss auf die Stabilität der Magnetitpartikeln hat, da diese aus anderen Fettsäuren mit unterschiedlichen chemischen Strukturen bestehen. Die Diskrepanz zwischen der berechneten HANSEN-Distanzen und der Stabilität der Magnetitnanopartikeln mit reinen Fettsäuren lässt vermutet, dass die Zusammensetzung der Lösungsmittelgemische an der fest/flüssig-Grenzfläche anders ist als im freien Volumen. Ein Modell zur Beschreibung der Stabilität der Nanopartikeln, das auf einer Anreicherung des Ausgangslösungsmittels an der Grenzfläche basiert, wurde postuliert. Solange die Diffusion des zweiten Lösungsmittels in die Adsorptionsschicht nicht ausreichend genug ist, um die Löslichkeit der Fettsäureketten entscheidend zu reduzieren und somit einen Abfall der Abstoßungskräfte zwischen der Partikeln hervorzurufen, bleiben alle beschichteten Magnetitnanopartikeln stabil im Lösungsmittelgemisch. Dies ist der Fall für die mit der reinen Rizinolsäure beschichteten Magnetitnanopartikeln in allen verwendeten Lösungsmittelgemischen mit 0,5 Vol. % DCM in der kontinuierlichen Phase. Durch die vorgestellten Herstellungsmethoden wurde gezeigt, dass magnetische Funktionspartikeln sowohl mit festen partikelförmigen Ionenaustauschern als auch mit flüssigen schwachen Polyelektrolyten erfolgreich synthetisiert werden können. Eine nachhaltige Prozessgestaltung durch die Reduzierung der Dichlormethanmenge im Sprühtrocknungsprozess ist auch möglich. Für eine erfolgreiche industrielle Anwendung der Funktionspartikeln müssen aber ihre chemischen sowie mechanischen Eigenschaften deutlich verbessert werden. Dies könnte z.B. durch die Verwendung eines anderen Matrixpolymers oder durch die Entfernung von nicht gebundenen Bestandteilen durch gezielte Waschung der Funktionspartikeln erfolgen. Die Bindungskapazität sowie die Selektivität der oberflächenmodifizierten Funktionspartikeln sollte ebenfalls verbessert werden. Dafür wurde einen Ansatz durch die Quaternisierung der Aminogruppen präsentiert. Schließlich würde die Untersuchung der Stabilität der beschichteten Magnetitnanopartikeln in einphasigen reinen Lösungsmitteln nähere Erkenntnisse über das postulierte Modell der Anreicherung von Dichlormethan in der Adsorptionsschicht erbringen. Dabei könnte die Dichlormethanmenge durch mehrstufige Destillation bzw. Rektifikation beim Lösungsmittelaustausch entfernt werden. Eine vollständige Untersuchung dieses Effekts würde zusätzlich eine Antwort auf zahlreiche Fragestellungen der Kolloidchemie in Bezug auf das Stabilitätsverhalten von Pigmentdispersionen (Lacke) oder von beschichteten Nanopartikeln in Polymerlösungen erbringen.

The poly(glycidyl methacrylate)-modified magnetite nanoparticles, Fe3O4-PGMA NPs, were investigated and applied in nondestructive flaw detection of polymeric materials in this research. The Fe3O4 endowed magnetic property to the materials for flaw detection while the PGMA promoted colloidal stability and prevented particle aggregation. The magnetite nanoparticles (Fe3O4 NPs) were successfully synthesized by coprecipitation and then surface-modified with PGMA to form PGMA-modified Fe3O4 NPs by both grafting-from and grafting-to approaches. For the grafting-from approach, the Fe3O4 NPs were surface-functionalized with α-bromo isobutyryl bromide (BIBB) to form BIB-modified Fe3O4 NPs (Fe3O4-BIB NPs) with covalent linkage. The resultant Fe3O4-BIB NPs were used as surface-initiators to grow PGMA by surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP). For the grafting-to approach, the Fe3O4 NP were surface-functionalized with (3-mercaptopropyl)triethoxysilane (MCTES) to form MCTES-modified Fe3O4 NPs (Fe3O4-MCTES NPs). The PGMA with Br-end group was pre-synthesized by ATRP and then was grafted to the surface of the Fe3O4-MCTES NPs by coupling reaction. Both bare and modified Fe3O4 NPs exhibited superparamagnetism and the existence of iron oxide in the form of Fe3O4 was confirmed. The particle size of individual Fe3O4 NPs was about 8 – 24 nm but they aggregated to form clusters. The PGMA-modified NPs formed stable dispersion in chloroform and had larger cluster sizes than the unmodified ones because of the PGMA polymer layer. However, the uniformity of the NP clusters could be improved with PGMA surface grafting. The PGMA surface layer of the grafting-from (Fe3O4-gf-PGMA) NPs was thin and dense while that of the grafting-to (Fe3O4-gt-PGMA) NPs was thick and loose. The hydrodynamic diameters (Zave) of Fe3O4-gf-PGMA NP clusters could be controlled between 176 to 643 nm, dependent on the PGMA contents and reaction conditions. During SI-ATRP, side reactions happened and caused NP aggregation as well as increase of size of NP clusters. However, the aggregation has been minimized through optimization of reaction conditions. Oppositely, Zave values of Fe3O4-gt-PGMA NPs had little variation of about 120 – 190 nm. And the PGMA content of the Fe3O4-gt-PGMA NPs was limited to 12.5% because of the spatial hindrance during grafting process. The saturation magnetization (Ms) of the unmodified Fe3O4 NPs was about 77 emu/g, while those of the grafting-from and grafting-to Fe3O4-PGMA NPs were 50 – 66 emu/g and 63 – 70 emu/g, respectively. For Fe3O4-PGMA NPs with similar Fe3O4 contents, the grafting-to NPs had slightly higher Ms than the grafting-from counterparts. In addition, the Ms of both kinds of the Fe3O4-PGMA NPs with higher Fe3O4 content (> 87%) were also higher than that of the fluidMAG-Amine, the commercially available amine-modified MNPs. Besides, both kinds of Fe3O4-PGMA NPs also had much higher Fe3O4 contents and Ms values than most of the reported PGMA-modified MNPs. The magnetic epoxy nanocomposites (MENCs) were prepared by blending the modified Fe3O4 NPs into bisphenol A diglycidyl ether (BADGE)-based epoxy system and the distributions of both kinds of the PGMA-modified NPs were much better than that of the oleic acid-modified Fe3O4 NPs. Similar to the NPs, the MENCs also exhibited superparamagnetism. By cross-section TEM observation, the grafting-to Fe3O4-PGMA NPs formed more homogeneous distributions with smaller cluster size than the grafting-from counterparts and gave higher Ms of the MENCs. Nondestructive flaw detection of surface and sub-surface defects could be successfully achieved by brightness contrast of images given through eddy current testing (ET) method, which is firstly reported. The mechanical properties of the materials were influenced very slightly when 2.5% or lower Fe3O4-gt-PGMA NPs were present while the presence of the Fe3O4-gf-PGMA NPs (1 – 2.5 %) gave mild improvement of the storage modulus and increase of the glass-rubber transition temperature(Tg) of the MENCs. Furthermore, the Fe3O4-PGMA NPs could be evenly coated onto the functionalized ultra-high molecular weight poly(ethylene) (UHMWPE) textiles. The Fe3O4-gt-PGMA NPs were coated on the textile in order to prepare NP-coated textile-reinforced composite. Preliminary result of ET measurement showed that the Fe3O4-gt-PGMA NPs coated on the textiles could visualize the structure of the textile hidden inside and their relative depth. Accordingly, the incorporation of MNPs to polymers opens a new pathway of damage-free structural health monitoring of polymeric materials.

The poly(glycidyl methacrylate)-modified magnetite nanoparticles, Fe3O4-PGMA NPs, were investigated and applied in nondestructive flaw detection of polymeric materials in this research. The Fe3O4 endowed magnetic property to the materials for flaw detection while the PGMA promoted colloidal stability and prevented particle aggregation. The magnetite nanoparticles (Fe3O4 NPs) were successfully synthesized by coprecipitation and then surface-modified with PGMA to form PGMA-modified Fe3O4 NPs by both grafting-from and grafting-to approaches. For the grafting-from approach, the Fe3O4 NPs were surface-functionalized with α-bromo isobutyryl bromide (BIBB) to form BIB-modified Fe3O4 NPs (Fe3O4-BIB NPs) with covalent linkage. The resultant Fe3O4-BIB NPs were used as surface-initiators to grow PGMA by surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP). For the grafting-to approach, the Fe3O4 NP were surface-functionalized with (3-mercaptopropyl)triethoxysilane (MCTES) to form MCTES-modified Fe3O4 NPs (Fe3O4-MCTES NPs). The PGMA with Br-end group was pre-synthesized by ATRP and then was grafted to the surface of the Fe3O4-MCTES NPs by coupling reaction. Both bare and modified Fe3O4 NPs exhibited superparamagnetism and the existence of iron oxide in the form of Fe3O4 was confirmed. The particle size of individual Fe3O4 NPs was about 8 – 24 nm but they aggregated to form clusters. The PGMA-modified NPs formed stable dispersion in chloroform and had larger cluster sizes than the unmodified ones because of the PGMA polymer layer. However, the uniformity of the NP clusters could be improved with PGMA surface grafting. The PGMA surface layer of the grafting-from (Fe3O4-gf-PGMA) NPs was thin and dense while that of the grafting-to (Fe3O4-gt-PGMA) NPs was thick and loose. The hydrodynamic diameters (Zave) of Fe3O4-gf-PGMA NP clusters could be controlled between 176 to 643 nm, dependent on the PGMA contents and reaction conditions. During SI-ATRP, side reactions happened and caused NP aggregation as well as increase of size of NP clusters. However, the aggregation has been minimized through optimization of reaction conditions. Oppositely, Zave values of Fe3O4-gt-PGMA NPs had little variation of about 120 – 190 nm. And the PGMA content of the Fe3O4-gt-PGMA NPs was limited to 12.5% because of the spatial hindrance during grafting process. The saturation magnetization (Ms) of the unmodified Fe3O4 NPs was about 77 emu/g, while those of the grafting-from and grafting-to Fe3O4-PGMA NPs were 50 – 66 emu/g and 63 – 70 emu/g, respectively. For Fe3O4-PGMA NPs with similar Fe3O4 contents, the grafting-to NPs had slightly higher Ms than the grafting-from counterparts. In addition, the Ms of both kinds of the Fe3O4-PGMA NPs with higher Fe3O4 content (> 87%) were also higher than that of the fluidMAG-Amine, the commercially available amine-modified MNPs. Besides, both kinds of Fe3O4-PGMA NPs also had much higher Fe3O4 contents and Ms values than most of the reported PGMA-modified MNPs. The magnetic epoxy nanocomposites (MENCs) were prepared by blending the modified Fe3O4 NPs into bisphenol A diglycidyl ether (BADGE)-based epoxy system and the distributions of both kinds of the PGMA-modified NPs were much better than that of the oleic acid-modified Fe3O4 NPs. Similar to the NPs, the MENCs also exhibited superparamagnetism. By cross-section TEM observation, the grafting-to Fe3O4-PGMA NPs formed more homogeneous distributions with smaller cluster size than the grafting-from counterparts and gave higher Ms of the MENCs. Nondestructive flaw detection of surface and sub-surface defects could be successfully achieved by brightness contrast of images given through eddy current testing (ET) method, which is firstly reported. The mechanical properties of the materials were influenced very slightly when 2.5% or lower Fe3O4-gt-PGMA NPs were present while the presence of the Fe3O4-gf-PGMA NPs (1 – 2.5 %) gave mild improvement of the storage modulus and increase of the glass-rubber transition temperature(Tg) of the MENCs. Furthermore, the Fe3O4-PGMA NPs could be evenly coated onto the functionalized ultra-high molecular weight poly(ethylene) (UHMWPE) textiles. The Fe3O4-gt-PGMA NPs were coated on the textile in order to prepare NP-coated textile-reinforced composite. Preliminary result of ET measurement showed that the Fe3O4-gt-PGMA NPs coated on the textiles could visualize the structure of the textile hidden inside and their relative depth. Accordingly, the incorporation of MNPs to polymers opens a new pathway of damage-free structural health monitoring of polymeric materials.:1. Introduction 2. Theoretical section 2.1. Magnetite Nanoparticles (MNPs) 2.2. Applications of MNPs 2.3. Atom transfer radical polymerization (ATRP) 2.4. Magnetic nanocomposites (MNCs) 2.5. Damage-free structural health monitoring (SHM) using MNPs 3. Objective of the work 4. Materials, methods and characterization 4.1. Materials 4.2. Methods 4.3. Formation of polymeric magnetic nanocomposites 4.4. Characterization 5. Results and discussions 5.1. Unmodified magnetite nanoparticles (Fe3O4 NPs) 5.2. Oleic acid-modified (Fe3O4–OA) NPs 5.3. PGMA-modified NPs by grafting-from approach (Fe3O4-gf-PGMA NPs) 5.4. PGMA-modified NP by grafting-to approach (Fe3O4-gt-PGMA NPs) 5.5. Comparison between grafting-from and grafting-to Fe3O4-PGMA NPs 5.6. Magnetic epoxy nanocomposites (MENCs) 5.7. Fiber-reinforced epoxy nanocomposites 6. Conclusions and outlook 7. Appendix 8. List of figures, schemes and tables 9. References Versicherung Erklaerung List of publications

Since many years, the importance of thin layers increases for lots of technical uses. Beginning in the field of microelectronics, the use of thin layers spread increasingly to other areas. Coatings for surface refining and optimisation of the mechanical properties for material engineering, customisation of the surface chemistry in catalysts, as well influencing of the transmission and reflection characteristics of surfaces in optics are only some examples of the high scientific and economic weight of the thin layer technology. Thin magnetic layers are the basis of many known storage media ranging from the tape recorder to the hard disk up to the credit card. Nowadays, these thin layers again gain interest in the research field of nanoelectronics as ultrathin layers. So-called spinvalve-read/write heads being already installed in actual hard disks use the Tunnel Magneto Resistance effect for a significant rise in memory density synonymous capacity. Such read/writeheads consist of a magnetic layersystem. This use of the magnetic as well as the electric characteristics of the electrons is called spintronics. The iron oxide magnetite exhibits a high iron portion, is strong antiferrimagnetic and has a high Curie-temperature. Since many years, it is used as a magnetic pigment on already mentioned magnetic tapes. Literature [1, 2, 3, 4] considers ultrathin epitaxial layers of magnetite on magnesium oxide for uses in the spintronics as a most promising candidate, because it inheres a complete spin polarisation at Fermi-level. Moreover, thin magnetite layers serve in the chemical industry as a catalyst in the Haber- Bosch-procedure and to the dehydration of ethylbenzene to styrene. Being already used and considered to be of ongoing interest, ultrathin magnetite layers offer a wide range of technological applications in many modern industrial and scientific fields. Because there is, nevertheless, a variety of other iron oxide (cf. chapter 4), it is a matter to determine the special growth conditions of magnetite. These ultrathin iron oxide layers were grown reactively on the (001)-surfaces of the magnesium oxide substrate by molecular beam epitaxy. Besides, the surface is examined by the diffraction of low-energy electrons concerning its crystalline structure. X-ray photo electron spectroscopy approaching the stochiometry completes these first characterisations. Other investigations are carried out at HASYLAB / DESY in Hamburg by X-ray reflectivity and X-ray diffraction. The exact thickness of the layers, its crystal properties in bulk, as well as the thickness of the crystalline portion of the layers can be determined among other features of the system. The evaluation of XRR-and XRD-investigations is done via simulations with in chapter 5 introduced software packages. The reader finds the theoretical backgrounds to the used techniques in chapter 3. The experimental setups in Osnabr¨uck and Hamburg as well as the backgrounds to the preparation are presented in chapter 5. Because the formation of the different iron oxides is described in literature [5, 6, 7, 8] as mostly depending on annealing temperatures, the experimental results in chapter 6 are graded accordingly. The dependence on temperature, layer thickness and annealing time should be examined for the iron oxides possible on this substrate. The aim of this work is the preparation of ultrathin epitaxial iron oxide layers with thicknesses up to few nanometers. The main goal is to find the growth parameters for ultrathin crystalline magnetite layers.

An assessment of tin-skarn resources in the Erzgebirge, Germany, was conducted with the 3-Part Method. For this purpose a Grade-Tonnage Model for this deposit type was established. A literature review produced grade and tonnage data for 23 skarn deposits, of which 9 are in the assessment area. Based on an existing predictive map created with an AI algorithm, seven permissive tracts with a total area of 776 km² were defined. To estimate the number of undiscovered deposits a panel of five experts in the economic geology of the Erzgebirge was assembled. From the expert estimates and the newly developed Grade-Tonnage Model the undiscovered ore and metal tonnages in each permissive tract were evaluated. In four of the seven tracts the probability of the existence of at least one undiscovered deposit is estimated to be greater than 50%, in permissive tract 2 it is even greater than 90%. In each of these tracts, the median assessed undiscovered ore tonnages are several million tons and the tin resources exceed 10,000 tons. For the most perspective tract (Permissive tract 2) the median estimates are 40.6 Million tons of ore with a tin content of 114,000 tons. For tungsten (tonnages calculated as WO3) the numbers are slightly lower. The results verify the high resource potential of tin skarns in the Erzgebirge and can be used to guide future exploration activities to the most economically promising permissive tracts.

Im Osterzgebirge sowie im nordöstlich daran angrenzenden Elbtalschiefergebirge wurde mit Unterbrechungen über mehrere Jahrhunderte Bergbau auf Eisen betrieben. Für die Besiedlung, den Bergbau auf andere Metalle, die Landwirtschaft und das Handwerk in der Region hatte der Eisenerzbergbau eine gewisse Bedeutung. Im Gegensatz zum Silber- und Buntmetallbergbau ist über den Eisenerzbergbau allerdings nur relativ wenig bekannt. Das Ziel dieser Diplomarbeit bestand deshalb darin, eine zusammenfassende geologisch-geographische Darstellung, die sowohl den historischen Eisenerzbergbau im Osterzgebirge als auch den historischen Eisenerzbergbau im Elbtalschiefergebirge beinhaltet, zu erarbeiten. Um ein hohes Maß an Vollständigkeit zu gewährleisten, wurden die Erkenntnisse aus Archiven, Bibliotheken und Sammlungen zusammengetragen. Überdies wurde auch auf das Fachwissen von Heimatvereinen, Bergbaumuseen und Hobbyhistorikern zurückgegriffen. Ferner wird im Rahmen dieser Arbeit untersucht, welche Typen von Eisenerzlagerstätten es im Osterzgebirge und im Elbtalschiefergebirge gab, wie diese entstanden sind, um welche Mineralisation und um welche Art von Eisenerztypen es sich dabei handelt. Mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden Methoden der Analytik (REM-EDX) werden zudem die Mineralparagenese und die chemische Zusammensetzung von historischen und neuen Eisenerzproben aus dem Osterz- und Elbtalschiefergebirge untersucht. Ferner wird den Fragestellungen nachgegangen, wann diese Eisenerzlagerstätten erschlossen wurden, über welchen Zeitraum sie unter Abbau standen und wie viel Eisenerz aus den jeweiligen Gruben gefördert wurde. Hierfür erfolgte eine detaillierte Dokumentation der wichtigsten ehemaligen Eisenerzlagerstätten mit den dazugehörigen Zeugnissen des historischen Eisenerzbergbaus. Darauf aufbauend werden die Bedeutung des Eisenerzbergbaus und des daran angeschlossenen Eisenhüttenwesens für die wirtschaftliche und kulturelle Entwicklung des Gebietes untersucht. Des Weiteren werden die regionalen Beziehungen zu anderen Bergbau- und Wirtschaftszweigen aufgezeigt. Der Prozess des Aufbrechens der regionalen Wirtschaftsstrukturen im Zuge der Industrialisierung wird eingehend erläutert. Und die Gründe für den Niedergang des Eisenerzbergbaus und Eisenhüttenwesens werden ebenfalls genannt. Danach erfolgt eine Betrachtung darüber, welche bergbauhistorischen Zeugnisse heute im Gelände noch auffindbar bzw. welche Nachfolgenutzungen an den Standorten des historischen Eisenerzbergbaus und des Eisenhüttenwesens gegenwärtig vorhanden sind. Abschließend wird erläutert welche Schlussfolgerungen für die Nutzung des geotouristischen Potenzials sich daraus ergeben.

Im Osterzgebirge sowie im nordöstlich daran angrenzenden Elbtalschiefergebirge wurde mit Unterbrechungen über mehrere Jahrhunderte Bergbau auf Eisen betrieben. Für die Besiedlung, den Bergbau auf andere Metalle, die Landwirtschaft und das Handwerk in der Region hatte der Eisenerzbergbau eine gewisse Bedeutung. Im Gegensatz zum Silber- und Buntmetallbergbau ist über den Eisenerzbergbau allerdings nur relativ wenig bekannt. Das Ziel dieser Diplomarbeit bestand deshalb darin, eine zusammenfassende geologisch-geographische Darstellung, die sowohl den historischen Eisenerzbergbau im Osterzgebirge als auch den historischen Eisenerzbergbau im Elbtalschiefergebirge beinhaltet, zu erarbeiten. Um ein hohes Maß an Vollständigkeit zu gewährleisten, wurden die Erkenntnisse aus Archiven, Bibliotheken und Sammlungen zusammengetragen. Überdies wurde auch auf das Fachwissen von Heimatvereinen, Bergbaumuseen und Hobbyhistorikern zurückgegriffen. Ferner wird im Rahmen dieser Arbeit untersucht, welche Typen von Eisenerzlagerstätten es im Osterzgebirge und im Elbtalschiefergebirge gab, wie diese entstanden sind, um welche Mineralisation und um welche Art von Eisenerztypen es sich dabei handelt. Mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden Methoden der Analytik (REM-EDX) werden zudem die Mineralparagenese und die chemische Zusammensetzung von historischen und neuen Eisenerzproben aus dem Osterz- und Elbtalschiefergebirge untersucht. Ferner wird den Fragestellungen nachgegangen, wann diese Eisenerzlagerstätten erschlossen wurden, über welchen Zeitraum sie unter Abbau standen und wie viel Eisenerz aus den jeweiligen Gruben gefördert wurde. Hierfür erfolgte eine detaillierte Dokumentation der wichtigsten ehemaligen Eisenerzlagerstätten mit den dazugehörigen Zeugnissen des historischen Eisenerzbergbaus. Darauf aufbauend werden die Bedeutung des Eisenerzbergbaus und des daran angeschlossenen Eisenhüttenwesens für die wirtschaftliche und kulturelle Entwicklung des Gebietes untersucht. Des Weiteren werden die regionalen Beziehungen zu anderen Bergbau- und Wirtschaftszweigen aufgezeigt. Der Prozess des Aufbrechens der regionalen Wirtschaftsstrukturen im Zuge der Industrialisierung wird eingehend erläutert. Und die Gründe für den Niedergang des Eisenerzbergbaus und Eisenhüttenwesens werden ebenfalls genannt. Danach erfolgt eine Betrachtung darüber, welche bergbauhistorischen Zeugnisse heute im Gelände noch auffindbar bzw. welche Nachfolgenutzungen an den Standorten des historischen Eisenerzbergbaus und des Eisenhüttenwesens gegenwärtig vorhanden sind. Abschließend wird erläutert welche Schlussfolgerungen für die Nutzung des geotouristischen Potenzials sich daraus ergeben.