Clusterwachstum auf Oberflächen spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuartiger Materialien in der Nanotechnologie. Für ein Verständnis der vielfältigen möglichen Clusterstrukturen muss insbesondere die Wachstumskinetik fern des thermodynamischen Gleichgewichts berücksichtigt werden. Im ersten Teil dieser Arbeit werden auf Grundlage umfangreicher kinetischer Monte-Carlo-Simulationen Größenverteilungen von Clustern für verschiedene Wachstumsmodelle untersucht. Es wird gezeigt, dass Ratengleichungen die Größenverteilungen korrekt vorhersagen können, wenn Parameter für den Einfang von Teilchen in ihrer vollen funktionalen Abhängigkeit von der Clustergröße, Bedeckung und dem D/F-Verhältnis aus Diffusionskoeffizient D und Aufdampfrate F erfasst werden. Des Weiteren werden selbstkonsistente Theorien für die Einfangparameter und Theorien für das Verhalten skalierter Größenverteilungen im Grenzfall großer D/F-Verhältnisse kritisch überprüft. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein Modell für das Wachstum von Fullerenen auf dielektrischen Kristalloberflächen entwickelt. Mit Hilfe eines neuen Mechanismus der unterstützten Entnetzung wird die Entstehung merkwürdiger Clustermorphologien in diesen Systemen erklärt, welche zuvor in verschiedenen Experimenten gefunden wurden. Kinetische Monte-Carlo-Simulationen des Modells mit Parametern, die für das Wachstum von Fullerenen auf der Kalziumfluorid(111)-Oberfläche angepasst wurden, liefern eine hervorragende Übereinstimmung mit experimentellen Beobachtungen.

Omniphobic surfaces found in nature have great potential for enabling novel and emerging products and technologies to facilitate the daily life of human societies. One example is the water and even oilrepellent cuticle of springtails (Collembola). The wingless arthropods evolved a highly textured, hierarchically arranged surface pattern that affords mechanical robustness and wetting resistance even at elevated hydrostatic pressures. Springtail cuticle-derived surfaces therefore promise to overcome limitations of lotus-inspired surfaces (low durability, insufficient repellence of low surface tension liquids). In this review, we report on the liquid-repellent natural surfaces of arthropods living in aqueous or temporarily flooded habitats including water-walking insects or water spiders. In particular, we focus on springtails presenting an overview on the cuticular morphology and chemistry and their biological relevance. Based on the obtained liquid repellence of a variety of liquids with remarkable efficiency, the review provides general design criteria for robust omniphobic surfaces. In particular, the resistance against complete wetting and the mechanical stability strongly both depend on the topographical features of the nano- and micropatterned surface. The current understanding of the underlying principles and approaches to their technological implementation are summarized and discussed.

Wasserstoffbeladene metallische Multischichten wurden mit der tomographischen Atomsonde (TAP) und der Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) auf ihre chemische zusammensetzung mit Auflösungen auf Subnanometerskala untersucht. Bei den verwendeten Methoden werden nach dem Prinzip der Flugzeit-Massen-Spektrometrie die Proben atomlagenweise abgetragen und analysiert. Die Ergebnisse werden präsentiert und im Hinblick auf die Wassertstoffverteilung an den Grenzflächen diskutiert. Gleichgwichtsverteilungen können bei Temperaturen unterhalb von 60 k gemessen werden. Bei höheren Temperaturen führt die hohe Mobilität des Wassertstoffs zu einer Segregation des Wasserstoffs an der Oberfläche der Probe. Die während des Abtrags der Metalle geschaffenen Oberflächen der Multischichtsysteme bieten dann dem Wasserstoff energetisch günstige Oberflächenplätze ...

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The problem of generating a surface triangulation from a set of points with normal information arises in several mesh processing tasks like surface reconstruction or surface resampling. In this paper we present a surface triangulation approach which is based on local 2d delaunay triangulations in tangent space. Our contribution is the extension of this method to surfaces with sharp corners and creases. We demonstrate the robustness of the method on difficult meshing problems that include nearby sheets, self intersecting non manifold surfaces and noisy point samples.

The problem of generating a surface triangulation from a set of points with normal information arises in several mesh processing tasks like surface reconstruction or surface resampling. In this paper we present a surface triangulation approach which is based on local 2d delaunay triangulations in tangent space. Our contribution is the extension of this method to surfaces with sharp corners and creases. We demonstrate the robustness of the method on difficult meshing problems that include nearby sheets, self intersecting non manifold surfaces and noisy point samples.

Omniphobic surfaces found in nature have great potential for enabling novel and emerging products and technologies to facilitate the daily life of human societies. One example is the water and even oilrepellent cuticle of springtails (Collembola). The wingless arthropods evolved a highly textured, hierarchically arranged surface pattern that affords mechanical robustness and wetting resistance even at elevated hydrostatic pressures. Springtail cuticle-derived surfaces therefore promise to overcome limitations of lotus-inspired surfaces (low durability, insufficient repellence of low surface tension liquids). In this review, we report on the liquid-repellent natural surfaces of arthropods living in aqueous or temporarily flooded habitats including water-walking insects or water spiders. In particular, we focus on springtails presenting an overview on the cuticular morphology and chemistry and their biological relevance. Based on the obtained liquid repellence of a variety of liquids with remarkable efficiency, the review provides general design criteria for robust omniphobic surfaces. In particular, the resistance against complete wetting and the mechanical stability strongly both depend on the topographical features of the nano- and micropatterned surface. The current understanding of the underlying principles and approaches to their technological implementation are summarized and discussed.

Developing physical models on moving surfaces is no simple task, especially when physical quantities need to be described as tensor fields. Only a few mathematical tools for stationary spaces can be easily generalized to moving surfaces. In this work, we introduce the essential tools sufficient for this task, including time derivatives for tensor-valued quantities for instance. We place particular emphasis on observer-invariance, which, in principle, generalizes the covariance principle of coordinates-invariance to spacetime. For variational principles, it is often crucial that the considered degrees of freedom are independent of each other. We clarify what it means for tensor quantities to be independent of the surface on which they reside and that, in general, no such independence can exist uniquely. For developing equations of motion, we present the Lagrange-D’Alembert principle as our preferred variational principle and ultimately demonstrate that we can derive a general active Beris-Edwards model with it, which holds up well when compared to existing more specific models. / Die Herleitung von physikalischen Modellen auf sich bewegenden Oberflächen ist keine einfache Aufgabe, vor allem wenn physikalische Größen als Tensorfelder beschrieben werden müssen. Nur wenige mathematische Werkzeuge für stationäre Räume können dabei auch auf sich bewegende Oberfläche verallgemeinert werden. In dieser Arbeit führen wir essentielle Werkzeuge ein die dafür geeignet sind, dazu gehören zum Beispiel Zeitableitungen für tensorwertige Größen. Wir richten unser Augenmerk hierbei besonders auf Beobachterinvarianz, welches im Grunde das Kovarianzprinzip der Koordinateninvarianz auf Raumzeiten verallgemeinert. Oft ist es entscheidend für Variationsprinzipien, dass die betrachteten Freiheitsgrade gegenseitig unabhängig sind. Wir klären was es für tensorielle Größen bedeutet unabhängig von der Oberfläche zu sein auf der sie leben, und dass solch eine Unabhängigkeit im Allgemeinen nicht eindeutig existieren kann. Für das modellieren von Bewegungsgleichungen stellen wir das Lagrange-D’Alembert-Prinzip als unser bevorzugtes Variationsprinzip vor, und zeigen schlussendlich, dass wir damit ein allgemeines Beris-Edwards-Modell herleiten können, welches den Vergleich mit existierenden wesentlichen spezielleren Modellen sehr gut standhält.

The design of functional materials with complex properties is very important for different applications, such as coatings, microelectronics, biotechnologies and medicine. It is also crucial that such kinds of materials have a long service lifetime. Unfortunately, cracks or other types of damages may occur during everyday use and some parts of the material should be changed for the regeneration of the initial properties. One of the approaches to avoid the replacement is utilization of self-healing materials. The aim of this thesis was to design a self-repairable material with superhydrophobic and switchable properties using colloidal particles. Specific goals were the synthesis of colloidal particles and the preparation of functional surfaces incorporated with the obtained particles, which would exhibit a repairable switching behavior and repairable superhydrophobicity. In order to achieve these goals, first, methods of preparation of simple and functional colloidal particles were developed. Second, the behavior of particles at surfaces of easy fusible solid materials, namely, paraffin wax or perfluorodecane, was investigated.

The design of functional materials with complex properties is very important for different applications, such as coatings, microelectronics, biotechnologies and medicine. It is also crucial that such kinds of materials have a long service lifetime. Unfortunately, cracks or other types of damages may occur during everyday use and some parts of the material should be changed for the regeneration of the initial properties. One of the approaches to avoid the replacement is utilization of self-healing materials. The aim of this thesis was to design a self-repairable material with superhydrophobic and switchable properties using colloidal particles. Specific goals were the synthesis of colloidal particles and the preparation of functional surfaces incorporated with the obtained particles, which would exhibit a repairable switching behavior and repairable superhydrophobicity. In order to achieve these goals, first, methods of preparation of simple and functional colloidal particles were developed. Second, the behavior of particles at surfaces of easy fusible solid materials, namely, paraffin wax or perfluorodecane, was investigated.