Das Hochtemperaturverhalten beeinflusst viele verschiedene Prozesse von der Materialherstellung bis hin zur technologischen Anwendung. In-situ Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bietet die Möglichkeit, die atomaren Prozesse während struktureller Phasenübergänge direkt und in Realzeit zu beobachten. In dieser Arbeit wurde in-situ TEM angewendet, um die Reversibilität des Schmelz- und Kristallisationsprozesses, sowie das anisotropen Sublimationsverhaltens von Ge-Sb-Te (GST) Dünnschichten zu untersuchen. Die gezielte Probenpräparation für die erfolgreiche Beobachtung der Hochtemperatur-Phasenübergänge wird hervorgehoben. Die notwendige Einkapselung für die Beobachtung der Flüssigphase unter Vakuumbedingungen und die erforderliche sauberer Oberfläche für den Sublimationsprozess werden detailliert beschrieben. Außerdem wird die Elektronenenergieverlustspektroskopie eingesetzt um die lokale chemische Zusammensetzung vor und nach den Übergängen zu bestimmen. Die Untersuchung der Grenzflächenstruktur und Dynamik sowohl beim Phasenübergang fest-flüssig als auch flüssig-fest zeigt Unterschiede zwischen den beiden Vorgängen. Die trigonale Phase von GST weist beim Schmelzen eine teilweise geordnete Übergangszone an der fest-flüssig-Grenzfläche auf, während ein solcher Zwischenzustand bei der Erstarrung nicht entsteht. Außerdem läuft der Schmelzvorgang zeitlich linear ab, während die Kristallisation durch eine Wurzelabhängigkeit von der Zeit mit überlagerter Start-Stopp-Bewegung beschrieben werden kann. Der Einfluss der Substrat-Grenzfläche wird diskutiert und die Oberflächenenergie von GST bestimmt. Die anisotrope Dynamik führt beim Phasenübergang fest-gasförmig der kubischen Phase von GST zur Ausbildung stabiler {111} Facetten. Dies erfolgt über die Bildung von Kinken und Stufen auf stabilen Terrassen. Die Keimbildungsrate und die bevorzugten Keimbildungsorte der Kinken wurden identifiziert und stimmen mit den Voraussagen des Terrassen-Stufen-Kinken Modells überein. / High-temperature behavior influence many different processes ranging from material processing to device applications. In-situ transmission electron microscopy (TEM) provides the means for direct observation of atomic processes during structural phase transitions in real time. In this thesis, in-situ TEM is applied to investigate the reversibility of the melting and solidification processes as well as the anisotropic sublimation behavior of Ge-Sb-Te (GST) thin films. The purposeful sample preparation for the successful observation of the high-temperature phase transitions is emphasized. The required encapsulation for the observation of the liquid phase inside the vacuum conditions and the necessary clean surface for sublimation process are discussed in detail. Additionally electron energy-loss spectroscopy in the TEM is used to determine the local chemical composition before and after the phase transitions. The analysis of the interface structure and dynamic during the solid-to-liquid as well as the liquid-to-solid phase transition shows differences between both processes. The trigonal phase of GST exhibits a partially ordered transition zone at the solid-liquid interface during melting while such an intermediate state does not form during solidification. Additionally the melting process proceeds with linear dependence on time, whereas crystallization can be described as having a square-root time-dependency featuring a superimposed start-stop motion. The influence of the interface is addressed and the surface energies of GST are determined. The anisotropic dynamic of the solid-to-gas phase transition of the cubic GST phase leads to the formation of stable {111} facets. This happens via kink and step nucleation on stable terraces. The nucleation rates and the preferred kink nucleation sites are identified and are in accordance with the predictions of terrace-step-kink model.

Gegenstand dieser Arbeit sind die Erweiterung des Standes der Technik um Verfahren zur Herstellung und die Charakterisierung mit Paraffinen infiltrierter geschlossenporiger Aluminiumschäume. Die Einzelwerkstoffe werden hinsichtlich ihres strukturellen, mechanischen und thermischen Verhaltens anhand ausgewählter Tests wie der computertomografischen Analyse, dem Druckversuch und dem „Transient-Plane-Source“-Verfahren charakterisiert. Dem schließt sich die Entwicklung von Infiltrationsmethoden zur Herstellung von Werkstoffverbunden aus den Einzelwerkstoffen an. Der Infiltrationsgrad wird als wesentlicher zugehöriger Berechnungs- und Auswertungskennwert analytisch beschrieben. Anhand infiltrationsgerecht gefertigter Aluminiumschaumproben erfolgt die experimentelle Untersuchung verschiedener Infiltrationsverfahren auf Basis statistischer Versuchspläne und deren Gegenüberstellung. Im Anschluss an die Charakterisierung der Verbunde und der Modellierung betrachteter Zielgrößen mittels Regressionsmodellen erfolgt der Vergleich der Verbundeigenschaften mit denen der Einzelwerkstoffe. Nach analytischen Berechnungen zur Auslegung von Latentwärmespeicher-Systemen folgt die Dimensionierung mittels Finite-Elemente-Methode. Die Modellierung auf Basis eines homogenisierten Materialverhaltens wird anhand von Experimenten validiert. Abschließend werden anhand der generierten Werkstoff-Datenbasis Aussagen über das Nutzungspotential für ausgewählte Anwendungen abgeleitet.:Danksagung Bibliografische Beschreibung Abbildungsverzeichnis 5 Tabellenverzeichnis 11 Symbol- und Abkürzungsverzeichnis 13 1 Einleitung und Motivation 17 2 Stand der Technik 19 2.1 Aluminiumschaum 19 2.1.1 Einteilung 19 2.1.2 Herstellung 20 2.1.3 Strukturelle Eigenschaften 25 2.1.4 Mechanische Eigenschaften 27 2.1.5 Thermische Eigenschaften 30 2.1.6 Schaummodelle 35 2.1.7 Sandwichstrukturen 36 2.1.8 Anwendungen 39 2.2 Phase-Change-Material 41 2.2.1 Wirkprinzip und Einteilung 41 2.2.2 Herstellung 43 2.2.3 Eigenschaften 44 2.2.4 Konfektionierung 46 2.2.5 Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit 48 2.2.6 Anwendungen 53 2.3 Thermische Grundlagen 56 2.3.1 Grundlagen der Wärmeübertragung 56 2.3.2 Grundlagen der dynamischen Differenzkalorimetrie zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität und Enthalpie 58 2.3.3 Messverfahren zur Bestimmung der Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit 58 3 Zielstellung und Präzisierung der Aufgabenstellung 63 4 Infiltrationstechnologie 65 4.1 Grundlagenbetrachtungen zur Infiltration 65 4.1.1 Infiltrierbarkeit geschlossenporiger Aluminiumschäume 65 4.1.2 Verteilung des PCM innerhalb der Probe 65 4.2 Konzeptentwicklung für Infiltrationsverfahren 68 4.2.1 Konzepte PCM-Tauchinfiltration 68 4.2.2 Konzepte PCM-Vakuuminfiltration ohne Werkzeug 69 4.2.3 Konzepte PCM-Vakuuminfiltration mit Werkzeug 70 4.3 Fertigung und Modifikation von Aluminiumschaumproben 71 4.3.1 Herstellungsprozess von Aluminiumschaumhalbzeugen 73 4.3.2 Probenabdichtung 73 4.3.3 Infusions- und Injektionsanschlüsse 74 4.4 Berechnung des Infiltrationsgrads 75 4.5 Infiltrationsversuche 77 4.5.1 PCM-Tauchinfiltration 77 4.5.2 PCM-Vakuum-Infiltration ohne Werkzeug 79 4.5.3 PCM Vakuum-Infiltration mit Werkzeug 83 5 Messtechnische Untersuchungen 89 5.1 Strukturelle Charakterisierung 89 5.1.1 Dichte und Porenstruktur 89 5.1.2 Dichteverteilung 92 5.1.3 Ebenheit 95 5.1.4 Permeabilität 96 5.2 Thermische Charakterisierung 98 5.2.1 Wärmeleitung 98 5.2.2 Wärmekapazität 105 5.2.3 Zersetzungstemperaturen 109 5.2.4 Zyklenbeständigkeit 109 5.2.5 Experimente auf Bauteilebene 112 5.3 Mechanische Charakterisierung 116 5.3.1 Druckversuche 116 5.3.2 Kopfzugversuche 120 5.3.3 Schubversuche 123 5.3.4 Intrusionsversuche - Impaktverhalten 124 5.3.5 4-Punkt-Biegeversuche 126 5.3.6 Akustische Charakterisierung 128 6 Berechnung und Simulation 131 6.1 Thermische Dimensionierung und Validierung mittels FEM 131 6.1.1 Auslegung der Latentwärmespeicher-Systeme 131 6.1.2 Berechnung der Verbundeigenschaften 132 6.1.3 Implementierung der Verbundeigenschaften in die FEM-Umgebung 134 6.1.4 Validierung der thermischen Charakterisierung 137 6.2 Mechanische Dimensionierung und FEM-Validierung 140 6.2.1 Implementierung in die FEM-Umgebung 140 6.2.2 Validierung mechanischer Charakterisierung 142 7 Auswertung und Diskussion 147 7.1 Auswertung der Infiltrationstechnologie 147 7.2 Vergleich der thermischen Eigenschaften mit Literaturdaten 150 7.3 Vergleich der mechanischen Eigenschaften mit Literaturdaten 154 7.4 Evaluierung des Anwendungspotentials 156 8 Zusammenfassung 166 9 Ausblick 170 10 Literaturverzeichnis 172 Anmerkungen 186 Anhang 188

Die vorliegende Arbeit untersucht die Leistungsfähigkeit von PV-Modulen in verschiedenen Fassadensystemen und beschreibt die Entwicklung eines Fassadenpaneels für Pfosten-Riegel-Fassaden, bei welchem die Modultemperatur durch die Integration von Phasenwechselmaterialien (PCM) reguliert wird, um einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen.

Die vorliegende Arbeit untersucht die Leistungsfähigkeit von PV-Modulen in verschiedenen Fassadensystemen und beschreibt die Entwicklung eines Fassadenpaneels für Pfosten-Riegel-Fassaden, bei welchem die Modultemperatur durch die Integration von Phasenwechselmaterialien (PCM) reguliert wird, um einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen.

Die Grenzregionen rund um die Zentren Bratislava und Wien gehören zu den am schnellsten wachsenden Regionen in Europa - insbesondere die High-Tech-Industrie betreffend (www.contor-analyse.de). Ein Erfolgsfaktor für kommerziell erfolgreiche High-Tech (Start Up) Unternehmen ist die frühzeitige Identifikation von Nutzeranforderungen und Verkaufsargumenten bei Innovationen. Interdisziplinäre Teams, die technisch und kaufmännisch ausgebildete Arbeitskräfte beinhalten, stellen die Basis für unternehmerische Innovations-Erfolgsgeschichten dar. Im August 2011 ist ein Team aus Forschern der Technischen Universität Wien, der Wirtschaftsuniversität Wien, der Wirtschaftsuniversität Bratislava und des Inkubators INITS angetreten, High-Tech Unternehmen bei deren Markteintritt zu unterstützen und die universitäre Ausbildung von Interessierten an Innovationen im B2B High-Tech-Bereich zu adaptieren. Das Projekt Grenzüberschreitendes HiTECH Center wurde gestartet (Projektlaufzeit 08/2011 bis 12/2013, Förderprogramm ETC, creating the future: Programm zur grenzüberschreitenden Zusammenarbeit SLOWAKEI - ÖSTERREICH 2007-2013, www.hitechcentrum.eu). Zielsetzung war die Entwicklung einer Methodik für einen erfolgreichen Markteintritt in B2 B High-Tech-Märkten. Das Projekt wurde mit sieben Arbeitspaketen konzipiert. Arbeitspaket sechs betrifft eine Publikation der wichtigsten Lernergebnisse. Die vorliegende Arbeit stellt dieses Ergebnis dar und wurde erst durch eine Projektverlängerung bis November 2014 ermöglicht. Die Vorarbeiten zum Projekt und die erste Analysephase innerhalb der Projektlaufzeit zeigen eine Lücke an Forschungsergebnissen zum Thema "Marketing Testbed" und von vergleichbaren interdisziplinären Lehrveranstaltungen an österreichischen Universitäten. Existierende Marketing- und Innovationslehrgänge beschäftigen sich in überwiegender Zahl mit B2C Themen und sind nicht interdisziplinär. Trotz der geografischen Nähe der beiden Länder Österreich und Slowakei ist die zu geringe Transparenz der Märkte - und der damit verbundenen Chancen - derzeit eine Barriere für eine schnellere Entwicklung dieser grenzüberschreitenden Region. Weiters besteht über die Grenzen hinaus ein Mangel an interdisziplinär ausgebildetem Personal, das Marketingaufgaben der High-Tech-Anbieter effizient bearbeiten kann. Dem Projektteam stellten sich daher unter anderem folgende Fragen: Mit welcher Methodik können High-Tech Start Up Unternehmen in frühen Innovationsphasen unterstützt werden, um einen erfolgreichen Markteintritt zu schaffen? Wie stark beeinflusst die Thematik "Multidisziplinäre Kommunikation" den Prozess vom Innovationsimpuls zum Markteintritt? Wie können die Anforderungen der innovierenden High-Tech Firmen in die Universitätslehre integriert werden? Wie können interdisziplinäre Lehrformate - auch grenzüberschreitend - umgesetzt werden? Das Projektteam konnte im Rahmen der Projektlaufz eit ein erstes Regelwerk für Marketing Testbeds entwickeln und dieses Wissen bereits in wissenschaftlichen Arbeiten und ersten Implementierungen anwenden. Insgesamt wurden am Institut für Marketing Management in Wien acht Arbeiten von Studierenden fertiggestellt (davon zwei Dissertationen). An der WU Bratislava wurden 17 studentische Arbeiten abgeschlossen und sechs interdisziplinäre Projekte umgesetzt. Es fand ein intensive Wissensaustausch mit drei Synergieprojekten (INNOVMAT, DUO STARS, SMARTNET) statt und die Zwischenergebnisse des HiTECH Centrum Projekts waren die Basis für ein weiteres europäisches Projekt (Projekt REALITY, Programm ERASMUS MUNDUS). Das Hauptergebnis des Projekts liegt in der Bestätigung der Wichtigkeit der multidisziplinären Kommunikation in allen Bereichen vom Innovationsimpuls zum Markteintritt. Für eine nachhaltige Wirkung der Projektergebnisse wird die Gründung eines HiTECH Center Vereins sorgen, der sich mit den angestoßenen Forschungsthemen beschäftigt und High-Tech Start Ups in deren frühen Markteintrittsphasen unterstützt. (authors' abstract)

Die epitaktische Wachstum von GeTe Dünnschichten und Sb2Te3/GeTe Übergittern durch Molekularstrahlepitaxie wird auf drei verschiedenen Silizium Oberflächen gezeigt: Si(111)−(7×7), Si(111)−(√3×√3)R30°−Sb, und Si(111)−(1×1)−H. Mit Röntgenstrukturanalyse wird bewiesen, dass die epitaktische Beziehung der GeTe Schicht von der Oberflächepassievierung abhängig ist; auf einer passivierten Fläche können verdrehte Domänen unterdrückt sein. Dieses Verhalten ähnelt dem, welches bei 2D Materialien zu erwarten wäre, und wird auf die Schwäche der Resonanten ungebundenen Zustände zurückgeführt, die durch Peierls Verzerrung noch schwächer werden. / The growth by molecular beam epitaxy of GeTe and Sb2Te3/GeTe superlattices on three differently reconstructed Si(111) surfaces is demonstrated. Namely, these are the Si(111)−(7×7), Si(111)−(√3×√3)R30°−Sb, and Si(111)−(1×1)−H reconstructions. Through X-ray diffraction, the epitaxial relationship of GeTe is shown to depend on the passivation of the surface; in-plane twisted and twinned domains could be suppressed on a passivated surface. This behavior which resembles what would be expected from lamellar materials, is attributed to the relative weakness of resonant dangling bonds, that are further weakened by Peierls distortion.