Gegenstand dieser Dissertation war die Frage, wie Menschenaffen physische Beziehungen zwischen Objekten verstehen. In der ersten Studie (STUDIE I) wurden drei Menschenaffenarten und Kinder mit einem Problem konfrontiert, dessen Lösung die Verwendung eines flüssigen Werkzeugs (Wasser) erforderte. Schimpansen und Kinder entdeckten einsichtsvoll eine Lösung, um an eine Belohnung (Erdnuss) zu gelangen, die sich außerhalb ihrer Reichweite befand. Verschiedene Kontrollbedingungen untermauerten die Zielgerichtetheit des Verhaltens der erfolgreichen Schimpansen. Die getesteten Gorillas und die Orang-Utans konnten die Aufgabe nicht lösen. Zwei weitere Studien widmeten sich der Frage, ob Schimpansen Gewicht als kausal relevantes Unterscheidungsmerkmal nutzen können. In STUDIE II war es Aufgabe der Schimpansen aus insgesamt fünf in Form und Größe identischen Flaschen diejenige zu finden, die als einzige Fruchtsaft enthielt, wobei diese sich entweder durch ihr Gewicht (kausales Merkmal) oder durch ihre Farbmarkierung (arbiträres Merkmal) von den anderen Flaschen unterschied. Es zeigte sich, dass die Testtiere schnell lernten, den kausal relevanten Hinweisreiz zu nutzen, dies ihnen jedoch anhand des arbiträren Hinweisreizes nicht gelang. In STUDIE III waren Schimpansen entweder Zeuge einer kausal informativen Ereignisabfolge (hervorgerufen durch die physische Wirkung des Futters) oder einer rein arbiträren (hervorgerufen durch ein Ereignis, dass in keinerlei kausalem Zusammenhang zum Futter stand). Auch hier waren die Tiere nur dann erfolgreich, wenn die Testsituation kausale Rückschlüsse ermöglichte. Zusammenfassend lassen sich die Daten dahingehend interpretieren, dass – ähnlich wie bei Menschen – die kausale Kognition bei Schimpansen nicht nur auf rein perzeptuellen Informationen, sondern zudem auf strukturellen Abstraktionen ihrer physischen Umgebung beruht. / This thesis focused on the topic of primates’ understanding of physical object–object relations. In the first study (STUDY I), three great ape species and human children were confronted with a problem that required the use of a liquid tool in order to access a reward (peanut). Without any training, some chimpanzees and human children found the solution in an insightful way. Several control conditions confirmed the goal directedness of chimpanzees’ behavior. None of the tested gorilla and orangutan subjects were successful. The next two studies addressed chimpanzees’ notion of weight as a causally relevant object property. In STUDY II, chimpanzees were required to detect a bottle containing juice from five opaque bottles of equal shape and size. The bottle of juice differed either by weight (causal property) or by color (arbitrary property) from the other bottles. It turned out that subjects readily inferred the bottle of juice from its causally relevant property but were not able to use the arbitrary cue during the course of the experiment. In STUDY III chimpanzees had to infer the location of a reward (banana) by passively watching an external procedure. Two kinds of event sequences were presented: a causally informative sequence (derived from the physical effect of the reward) and a completely arbitrary sequence (derived from an action unrelated to the reward). Again, chimpanzees performed more correctly when the situation allowed for causal judgments but failed to make useful inferences when the underlying logic was arbitrary. Taking together all of the current data, I suggest that—similar to in humans—chimpanzees’ causal cognition is based not only on perceptual information but also on structural abstraction about their physical environment.

Ceroxid (CeO2) wurde in den letzten Jahren als Katalysator für die Hydrierung von Alkinen zu Alkenen entdeckt und hat als solcher großes wissenschaftliches Interesse geweckt. Um weitere Einblicke in die Funktion von CeO2 in der Reaktion zu gewinnen, beschäftigt sich diese Arbeit mit der Adsorption von H2, CO2 und Propin, sowie mit der Interaktion von Hydroxylgruppen und Propin auf CeO2(111)-Oberflächen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Rolle von Sauerstoffleerstellen. / In recent years, ceria (CeO2) has attracted much scientific interest due to its activity as a catalyst in the selective hydrogenation of alkynes to alkenes. To gain further insights into the role of CeO2 in propyne hydrogenation, this thesis explores the fundamental processes of H2, CO2, and propyne adsorption, as well as the interaction of hydroxyls and propyne on well-defined CeO2(111) surfaces. A special emphasis thereby lies on the role of oxygen (O) vacancies in these processes.

This work describes the realization of physically crosslinked networks based on gelatin by the introduction of functional groups enabling specific supramolecular interactions. Molecular models were developed in order to predict the material properties and permit to establish a knowledge-based approach to material design. The effect of additional supramolecular interactions with hydroxyapaptite was then studied in composite materials. The calculated properties are compared to experimental results to validate the models. The models are then further used for the study of physically crosslinked networks. Gelatin was functionalized with desaminotyrosine (DAT) and desaminotyrosyl-tyrosine (DATT) side groups, derived from the natural amino acid tyrosine. These group can potentially undergo to π-π and hydrogen bonding interactions also under physiological conditions. Molecular dynamics (MD) simulations were performed on models with 0.8 wt.-% or 25 wt.-% water content, using the second generation forcefield CFF91. The validation of the models was obtained by the comparison with specific experimental data such as, density, peptide conformational angles and X-ray scattering spectra. The models were then used to predict the supramolecular organization of the polymer chain, analyze the formation of physical netpoints and calculate the mechanical properties. An important finding of simulation was that with the increase of aromatic groups also the number of observed physical netpoints increased. The number of relatively stable physical netpoints, on average zero 0 for natural gelatin, increased to 1 and 6 for DAT and DATT functionalized gelatins respectively. A comparison with the Flory-Rehner model suggested reduced equilibrium swelling by factor 6 of the DATT-functionalized materials in water. The functionalized gelatins could be synthesized by chemoselective coupling of the free carboxylic acid groups of DAT and DATT to the free amino groups of gelatin. At 25 wt.-% water content, the simulated and experimentally determined elastic mechanical properties (e.g. Young Modulus) were both in the order of GPa and were not influenced by the degree of aromatic modification. The experimental equilibrium degree of swelling in water decreased with increasing the number of inserted aromatic functions (from 2800 vol.-% for pure gelatin to 300 vol.-% for the DATT modified gelatin), at the same time, Young’s modulus, elongation at break, and maximum tensile strength increased. It could be show that the functionalization with DAT and DATT influences the chain organization of gelatin based materials together with a controlled drying condition. Functionalization with DAT and DATT lead to a drastic reduction of helical renaturation, that could be more finely controlled by the applied drying conditions. The properties of the materials could then be influenced by application of two independent methods. Composite materials of DAT and DATT functionalized gelatins with hydroxyapatite (HAp) show a drastic reduction of swelling degree. In tensile tests and rheological measurements, the composites equilibrated in water had increased Young’s moduli (from 200 kPa up to 2 MPa) and tensile strength (from 57 kPa up to 1.1 MPa) compared to the natural polymer matrix without affecting the elongation at break. Furthermore, an increased thermal stability from 40 °C to 85 °C of the networks could be demonstrated. The differences of the behaviour of the functionalized gelatins to pure gelatin as matrix suggested an additional stabilizing bond between the incorporated aromatic groups to the hydroxyapatite. / Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung von durch spezifische physikalische Wechselwirkungen quervernetzten Gelatine-basierten Materialien. Dazu wurden zunächst Computermodelle entwickelt, mit denen Eigenschaften der Materialien vorhergesagt werden sollten, um so eine wissensbasierte Entwicklung zu ermöglichen, um dann die Ergebnisse mit experimentellen Daten zu vergleichen und die Materialien und Modelle als Grundlage für weitere Entwicklungen zu nutzen. Gelatine wurde mit Desaminotyrosin (DAT) und Desaminotyrosyltyrosin (DATT) funktionalisiert, die sich von der natürlichen Aminosäure Tyrosin ableiten. Diese Gruppen können potentiell π-π Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen auch unter physiologischen Bedingungen eingehen. Es wurden Computersimulationen der Materialien mittels Moleküldynamik durchgeführt, wobei Modelle mit 0.8 Gew.-% und 25 Gew.-% Wassergehalt betrachtet wurden. Die Validierung der Modelle erfolgte durch Vergleich der errechneten mit experimentellen Daten wie z.B. der Dichte, Bindungswinkeln sowie Röntgenstreuungsspektren. Die Modelle wurden dann zur Vorhersage der molekularen Organisation der Polymerketten, Formierung physikalischer Netzpunkte und Berechnung der mechanischen Eigenschaften eingesetzt. Die Funktionalisierung der Gelatine mit DAT bzw. DATT führten wie gewünscht zur Ausbildung physikalischer Netzpunkte durch π-π Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken¬bindungen. Ein Schlüsselergebnis der Simulationen war, dass mit zunehmender Zahl an aromatischen Gruppen auch eine Zunahme der physikalischen Netzpunkte beobachtet werden konnte. Die funktionalisierten Gelatinen konnten durch chemoselektive Reaktion der Aminogruppen der Gelatine mit den freien Carboxylgruppen von DAT und DATT hergestellt werden. Materialien mit 25 Gew.-% Wassergehalt hatten in der Simulation und im Experiment mechanische Eigenschaften derselben Größenordnung (z.B. E-Moduln im unteren GPa-Bereich). Der Quellungsgrad der Materialien im Experiment nahm mit zunehmender Zahl an aromatische Gruppen ab (von 2800 Vol.-% auf 300 Vol.-%), wobei der Elastizitätsmodul, die Bruchdehnung sowie die Zugfestigkeit zunahmen. Die Funktionalisierung der Gelatine ist eine chemische Methode, um die Kettenanordnung auf molekularer Ebene zu beeinflussen, während die genaue Kontrolle der Trocknungs¬bedinguungen von Gelatine-basierten Materialien eine physikalische Methode mit demselben Ziel ist. Es konnte gezeigt werden, dass die Funktionalisierung von Gelatine mit DAT oder DATT zu einer stark verminderten Helixausbildungstendenz, die jedoch durch Variation der Trocknunsgbedingungen noch fein abgestimmt werden konnte. Somit konnten die mechanischen Eigenschaften von Filmen aus funktionlisierter Gelatine mit zwei unabhängigen Methoden eingestellt werden. Komposite der mit DAT oder DATT funktionalisierten Gelatine und Hydroxyapatit (HAp) zeigten deutlich verringerter Quellung. In Zugdehnungsexperimenten und rheologischen Untersuchungen zeigten die Komposite im Gleichgewichtsquellungszustand erhöhte Elastizitätsmoduln (von 200 kPa auf bis zu 2 MPa) und Zugfestigkeit (von 57 kPa auf bis zu 1.1 MPa). Darüber hinaus konnte die Übergangstemperatur Tc deutlich gesteigert werden (von ca. 40 °C auf > 85 °C). Dieses Verhalten ließ sich auf stabilisierende Bindungen zwischen den aromatische Gruppen und dem HAp zurückführen.

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Cyber-physikalische Systeme (CPS) sind eine erweitere Sicht auf eingebettete Systeme, die die konkreten umgebenden Elemente in das Systemdesign einbeziehen. Das Design solcher Systeme erfordert neue Herangehensweisen: Während beispielsweise in "normalen" verteilten Systemen Aspekte wie "Bewegung" oder "Ort" möglichst transparent und damit für den Nutzer unsichtbar gestaltet werden, benötigen CPS-Anwendungen häufig Bewusstsein für Bewegung oder Ort, d.h., sie sind _motion aware_ oder _location aware_. Die Professur "Betriebssysteme" der TUC hat sich die Frage gestellt, wie eine generische Unterstützung für solche verteilte mobile Systeme aussehen könnte. Im Vortrag werden Probleme, Konzepte und erste Lösungsansätze für ein künftiges Betriebssystem für diese Art von Systemen vorgestellt.

Non-ordered porous networks, so-called aerogels, can be achieved by the 3D assembly of quantum dots (QDs). These materials are well suited for photonic applications, however a certain quenching of the photoluminescence (PL) intensity is observed in these structures. This PL quenching is mainly attributed to the energy transfer mechanisms that result from the close contact of the nanoparticles in the network. Here, we demonstrate the formation of a novel aerogel material with non-quenching PL behaviour by non-classical, reversible gel formation from tetrazole capped silica encapsulated QDs. Monitoring of the gelation/degelation by optical spectroscopy showed that the optical properties of the nanocrystals could be preserved in the 3D network since no spectral shifts and lifetime shortening, which can be attributed to the coupling between QDs, are observed in the gels as compared to the original colloidal solutions. In comparison with other QD-silica monoliths, QDs in our gels are homogeneously distributed with a distinct and controllable distance. In addition we show that the silica shell is porous and allows metal ions to pass through the shell and interact with the QD core causing detectable changes of the emission properties. We further show the applicability of this gelation method to other QD materials which sets the stage for facile preparation of a variety of mixed gel structures.

Neutral cyclometalated platinum(II) N-heterocyclic carbene complexes [Pt(C^C*)(O^O)] with C^C* ligands based on 1-phenyl-1,2,4-triazol-5-ylidene and 4-phenyl-1,2,4-triazol-5-ylidene, as well as acetylacetonato (O^O = acac) and 1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)propan-1,3-dionato (O^O = mesacac) ancillary ligands were synthesized and characterized. All complexes are emissive at room temperature in a poly(methyl methacrylate) (PMMA) matrix with emission maxima in the blue region of the spectrum. High quantum efficiencies and short decay times were observed for all complexes with mesacac ancillary ligands. The sterically demanding mesityl groups of the mesacac ligand effectively prevent molecular stacking. The emission behavior of these emitters is in general independent of the position of the nitrogen in the backbone of the N-heterocyclic carbene (NHC) unit and a variety of substituents in 4-position of the phenyl unit, meta to the cyclometalating bond.