Pool boiling process is frequently encountered in a number of engineering applications. It is difficult to exactly predict the heat transfer coefficient. This is because the boiling phenomenon is rather complex and influenced by many factors, such as surface condition, heater size, geometry, material, arrangement of heated rods, and refrigerants, etc. The key boiling parameters (bubble dynamics data) such as bubble departure diameter, frequency, velocity and nucleation site density will be varied in such different heated surface resulting in the different effect of heat transfer. Furthermore, more fundamental of the physical phenomenon can be obtained. This study was performed experimentally. R-134a and R-600a were used as refrigerants. The surface condition will be changed with plasma spray coating. It is expected that the surface condition can affect the nucleate boiling heat transfer in certain degree. In addition, using the high speed digital vide camera and LDV to measure the bubble diameter and dynamics of R-600a and R-134a while growing. According of the results of experiments. The boiling curves in different situation were drawn and the influences of heat transfer coefficients by bubble velocity was also examinate. Finally, to broaden our basic understanding of different characteristics of refrigeration surface condition and heat transfer coefficient, thermal design data of a flooded type evaporator of high performance as well as more and further physical insight of the above-stated nucleate boiling heat transfer can be acquired. The results will hopefully be helpful not only for the academia but for the industry.

Abstract Pool boiling process is frequently encountered in a number of engineering applications. However, it is difficult to exactly predict the heat transfer coefficient. This is because the boiling phenomenon is rather complex and influenced by many factors, such as surface condition, heater size, geometry, material, arrangement of heated rods, and refrigerants, etc. The key boiling parameters (bubble dynamics data) such as bubble departure diameter, frequency and nucleation site density will be varied in such different heated surface resulting in the different effect of heat transfer. The present study is ain at providing the pool boiling data for plasma coating and helical wire wrapped enhanced tubes. Furthermore, more fundamental of the physical phenomenon can be obtained. This study was performed experimentally. R-134a and R-600a were used as refrigerants. The surface condition will be changed with plasma spray coating and helical wire wrapped. It is expected that the surface condition can affect the nucleate boiling heat transfer in certain degree. In addition, boiling visualization was also made to broaden our basic understanding of the bubble diameter and dynamics while growing. Thermal design data of a flooded type evaporator of high performance as well as more and further physical insight of the above-stated nucleate boiling heat transfer can be acquired. The results will hopefully be helpful not only for the academia but for the industry.

Abstract Pool boiling process is frequently encountered in a number of engineering applications. However, it is difficult to exactly predict the heat transfer coefficient. This is because the nucleate pool boiling phenomenon is rather complex and influenced by many factors, such as surface roughness, areas of heater, material, geometry, arrangement of heated rods, and refrigerants, etc. The key boiling parameters (bubble dynamics data) such as bubble departure frequency, diameter and active nucleation site density will be varied in such different heated surface resulting in the different effect of heat transfer. This study was performed experimentally. R-134a was used as refrigerants, and the present study is aim at providing the pool boiling data for smooth and plasma coating enhanced tube bundles. It is expected that the surface condition, amount of test tubes, geometric of bundles and different heat flux can affect the nucleate boiling heat transfer in certain degree. In addition were calculated and developed that heat transfer coefficients and relevant corrections. Furthermore, more fundamental of the physical phenomenon can be obtained. According to the results of experiments, Boiling curves and calculations of the bundle factors and geometry factors were subsequently secured. The enhanced heat transfer coefficients with coated tube bundles are 1.1-2.0 times higher than smooth tube bundles. The 1.5-2.3 and 1.1-3.8 bundle factors obtained from the smooth tube bundles and coated tube bundles respectively. The geometry factors were about 1 for all arrangements studied herein. Thermal design data of a flooded type evaporator of high performance as well as more and further physical insight of the above-stated nucleate boiling heat transfer can be acquired. The results will hopefully be helpful not only for the academia but for the industry.

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung antimikrobieller Dünnfilme mit Ag, Cu oder Zn, welche durch Anwendung einer Atmosphärendruck-Plasmatechnologie abgeschieden wurden. Bei der Abscheidung solcher Schichtsysteme ist von Wechselwirkungen zwischen dem Plasma und der Holzoberfläche auszugehen. Um solche Effekte abschätzen zu können wurden Versuche hinsichtlich makroskopischer, mikroskopischer und molekularer Materialeigenschaften durchgeführt. Diese Untersuchungen wurden primär mit dem Ziel durchgeführt, mögliche Wechselwirkungen zwischen dem reaktiven Plasma und Plasmabestandteilen mit der Oberfläche des Holzes besser zu verstehen und in zukünftigen Prozesses gezielt anwenden zu können. Unabhängig von der verwendeten Plasmaquelle und Holzart führten die Behandlungen zu einer verbesserten Benetzbarkeit der Holzoberfläche mit Wasser und zu einer deutlichen Erhöhung der polaren Komponente der Oberflächenenergie. Der Nachweis molekularer Veränderungen wurde durch ATR-FTIR- und XPS-Untersuchungen (einschließlich chemischer Derivatisierung) durchgeführt. Um den Einfluss von Holzinhaltsstoffen und Holzinhomogenitäten zu reduzieren, wurde der Einfluss auf die Holzbestandteile Cellulose und Lignin untersucht. Nach der Plasmabehandlung konnte die Bildung von O-C-Doppelbindungen durch ATR-FTIR für beide Materialien bestätigt werden. Die Bildung von sauerstoffhaltigen, polaren Funktionalitäten auf Cellulose und Lignin konnte auch durch XPSMessungen bestätigt werden. Die chemische Derivatisierung von Cellulose in Kombination mit XPS hat die Bildung von O-C-Doppelbindungen in Verbindung mit dem Abbau von OH-Gruppen aufgezeigt. Ein qualitativ vergleichbarer Behandlungseffekt konnte zwischen Plasma- und Ozonbehandlung nachgewiesen werden; Quantitativ waren die Plasmabehandlungseffekte jedoch deutlich ausgeprägter. Somit kann das vom Plasma gebildete Ozon nicht allein für den Behandlungseffekt verantwortlich sein, und weitere Reaktionsmechanismen müssen in die Interpretation der Ergebnisse einbezogen werden. Untersuchungen zur Abscheidung von SiO2- und TiO2 Schichten haben gezeigt, dass die Prozessparameter exakt angepasst werden müssen. Die Schichtqualität wurde maßgeblich durch die Wahl der chemischen Vorläufer und den Abstand zwischen dem Eintrittspunkt dieser Precursor und dem Substrat bestimmt. REM- und XPS-Untersuchungen bestätigten den Einbau der Elemente Ag, Cu oder Zn in nanopartikulärer Form in die Schichten. Die Abscheidung dieser Schichten auf Holz erzeugte signifikante bakterizide Eigenschaften gegen E. coli. Im Gegensatz dazu war die fungizide Wirkung gering. Durch die Wirkstoffkombination hingegen konnte eine deutliche Steigerung der Schimmelpilz-Mangeleigenschaften erreicht werden. Für mögliche Außenanwendungen und ausreichenden Schutz musste das Eindringen von Wasser in das Holz zusätzlich reduziert werden. Zu diesem Zweck wurden die funktionalisierten Plasmaschichten zusätzlich mit einer Deckschicht versehen. Der Plasmafilm übernahm dabei zwei wesentliche Aufgaben: die Haftung der Deckschicht und die Gewährleistung antimikrobieller Eigenschaften. Insbesondere die Verwendung des SiO2-Films in Verbindung mit einem Primersystem erhöhte die Nassschichthaftung deutlich. Das verwendete Schichtsystem (Plasmafilm + Deckschicht) zeigte sowohl unter künstlicher als auch bei natürlicher Witterung Vorteile gegenüber einem kommerziellen Schichtaufbau (Bläueschutzgrundierung + Decklack). Die Haftung der Deckschicht war nach künstlicher und natürlicher Bewitterung für Plasmaaufbau beständiger. Darüber hinaus zeigte die Plasmagrundierung hinsichtlich der Wirksamkeit des Bläueschutzes unter 11 monatiger natürlicher Bewitterung vergleichbare Eigenschaften im Vergleich zu der kommerziellen Grundierung. Werden die dabei eingesetzten Wirkstoffmengen betrachtet, war die eingebrachte Menge bei der Plasmagrundierung um einen Faktor von schätzungsweise 100-mal geringer als bei der Standardgrundierung. Die im Holzschutz eingesetzten Biozide verursachen hohe Kosten und sind gesundheits- und umweltschädigend. Vom Gesetzgeber wird deshalb gefordert, biozidfreie Alternativen anzuwenden bzw. Maßnahmen zur Minimierung des Biozideinsatzes zur ergreifen. In Folge dessen könnten mit Blick auf eine mögliche Anwendung die hohen Kosten des Einsatzes biozider Stoffe reduziert werden, eine Reduktion der Wirkstoffmenge aber auch zum Umweltschutz und zu einer höheren Akzeptanz bei Verbrauchern beitragen.:Abkürzungsverzeichnis IX Tabellenverzeichnis XI Abbildungsverzeichnis XII 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielstellung 2 1.3 Holz und Holzschutz 3 1.3.1 Aufbau und Bestandteile 3 1.3.2 Holzschädigung 4 1.3.3 Mikroorganismen 6 1.3.4 Holzschutz 7 1.4 Plasma 8 1.5 Technische Erzeugung kalter Atmosphärendruckplasmen 9 1.5.1 Atmosphärendruckplasmabehandlung von Holz und Holzbestandteilen 12 1.6 Schichtabscheidung mittels Atmosphärendruckplasma 15 1.6.1 Plasmapolymerisation und Schichtwachstum 16 1.6.2 Funktionelle Beschichtungen 17 1.6.3 Antimikrobielle Oberflächen 19 2 Material und Methoden 22 2.1 Geräte und Verbrauchsmaterial 22 2.2 Plasmaquellen 25 2.2.1 Behandlung 26 2.2.2 APP-CVD und Precursordosierung 27 2.3 Ozonbehandlung 28 2.4 Precursorauswahl 29 2.5 Instrumentelle Analytik 30 2.5.1 Kontaktwinkel und Oberflächenenergie 30 2.5.2 pH-Wert-Messung 32 2.5.3 Schichtdickenmessung 32 2.5.4 Fourier Transform Infrarot Spektroskopie (FT-IR) 33 2.5.5 Rasterelektronenmikroskopie (REM) 34 2.5.6 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) 35 2.6 Antimikrobielle Untersuchungen 39 2.6.1 BacTiter-Glo® 39 2.6.2 Plattenzählverfahren (KbE-Test) 41 2.6.3 Schimmelpilzbeständigkeit nach DIN EN 60068-2-10 41 2.6.4 Bläuebeständigkeit nach DIN EN 152:2012 42 2.7 Lackhaftung 43 2.7.1 Gitterschnittprüfung nach ISO 2409:2013 43 2.7.2 Künstliche Bewitterung nach EN 927-6 44 2.7.3 Freibewitterung nach EN 927-3 44 2.7.4 Farbveränderung 44 3 Einfluss von Plasma auf Holz 45 3.1 Charakteristika von Plasmaquelle und Material 45 3.2 Makroskopische Veränderungen 47 3.2.1 Kontaktwinkel- und Oberflächenenergiebestimmung 47 3.2.2 Allgemeiner Einfluss durch Atmosphärendruckbehandlung 52 3.2.3 Einfluss Substratmaterial auf Behandlungseffekt 54 3.2.4 Alterung und Extraktstoffeinfluss /Harzanteil 55 3.2.5 Einfluss Plasmasystem 57 3.2.6 Benetzbarkeit nach Ozonbehandlung 60 3.2.7 Einfluss von Plasmabeschichtungen 61 3.3 Änderung pH-Wert 63 3.5 Molekulare Veränderungen 65 3.5.1 ATR-FTIR an Textilzellstoff und Lignin 66 3.5.2 XPS: Sauerstoff/Kohlenstoff-Verhältnis 69 3.5.3 XPS: Nutzung der chemischen Derivatisierung 72 3.5.4 C1s-Detailspektren Textilzellstoff 79 3.5.5 C1s-Detailspektren Lignin 81 3.6 Fazit 86 4 Funktionelle Beschichtungen 87 4.1 Siliziumoxid- und Titanoxidmatrixschichten 87 4.2 Erweiterte Funktionalisierung (Kompositbeschichtungen) 89 4.3 Antimikrobielle Eigenschaften 94 4.4 Plasmagrundierung 103 4.4.1 Lackhaftung 103 4.4.2 Schichtleistung: Wasseraufnahme 107 4.4.3 Schichtleistung: künstliche und natürliche Bewitterung 107 4.4.4 Schichtleistung: antimikrobielle Wirkung 110 4.5 Fazit 112 5 Zusammenfassung 114 6 Ausblick 118 Literaturverzeichnis nach IEEE 119

Nous avons développé une décharge transportée fonctionnant à la pression atmosphérique. Le générateur fonctionne en mode alternative avec une fréquence d’excitation variant entre 1 et 10kHz. Grace à une forme d'onde en dents de scie, il a été possible de transporter la décharge à l’intérieur d’un tube sur une longueur qui pourrait atteindre 200cm. L’influence des différents paramètres tels que la forme de la tension appliquée, le diamètre du tube et la configuration d’électrode, sur la formation de la décharge a été étudié. La nature des espèces excitées à l’intérieur et extérieur du tube a été identifié par Spectroscopie Optique d’Emission. La propagation de la décharge dans un système multi jets et un jet unique de la même section a été comparée. L’influence de ces deux types de jets transportés exposés aux bactéries de type E. coli a été étudiée et les résultats montrent que la zone d’inactivation des bactéries augmente significativement.De plus le potentiel de cette décharge pour le traitement de surface et dépôt des couches minces de polymère a été investigué aussi bien à l’extérieur qu’à l’intérieur du tube capillaire pour la première fois. Nous avons employé deux types de précurseurs: le TEOS, et le DEGME. Sous certaines conditions, les couches de type PEG présentant des propriétés antiadhésives des cellules ont été déposées sur le PS. Afin d’étudier les modifications de surface créées sur les polymères par cette décharge. Les résultats obtenus par des méthodes d’analyse différentes montrent qu’à part l’oxydation de la surface du UHMWPE nous pouvons déceler une insaturation de la surface qui est souvent accompagnée de la réticulation de la surface. / We have developed a transporting discharge source that can operate at atmospheric pressure. The device is working by using AC power supply with a frequency ranging between 1 to 10 kHz. The sawtooth waveform enabled the transport of discharge as long as 200 cm. The different parameters that affect the plasma delivery such as voltage of the waveforms, tube diameter and electrode configuration were investigated. The electronically excited and active species inside and outside of the plasma channel were characterized by Optical Emission Spectroscopy. The electrical and temporal characteristics of the plasma, discharge power and charges on the sample were investigated. The propagation of transporting discharge with multi-jets and a single jet with the same cross-sectional area has been compared. Also, E.coli bacteria were exposed to the transporting discharge multijets and single jet for different time durations.The potential of the transported discharge for the surface treatment of polymers and deposition of thin films has been investigated. Two different precursors namely TEOS, and DEGME have been employed for the elaboration of thin organic coatings by introducing the precursors inside and at the exit of the capillary tube. The PEG like coatings obtained in the case of DEGME on PolyStyrene films showed for particular operating conditions nonadhesive coatings with respect to Ovary Carcinoma Celles. In order to study the surface modification effects of the discharge, the Ultra High Molecular Weight PolyEthylene was used as the substrate in the two different configurations. The results show that besides the oxydation of the UHMWPE, crosslinking takes place.