This study focuses on preparing surface enhanced fluorescence (SEF) substrates for use in the enhancement of the emission signal of rhodamine B and fluorescein dyes. Fluorescence spectroscopy has been widely utilized owing to its high sensitivity. SEF is a process where the interactions of fluorophores with the localized surface plasmons of metal nanoparticles results in fluorescence enhancement, increased photostability and rates of system radiative decay which leads to a decreased lifetime. One of the most important factors of SEF studies is to provide a uniform distance between fluorophore and metal nanoparticle in a controlled manner / otherwise, F&ouml / rster resonance energy transfer takes place from fluorophore to metal nanoparticle and emission intensity of fluorophore is quenched. The spherical gold and silver nanoparticles were prepared using the well known and straightforward chemical reduction method, in which sodium citrate acted both as a reducing agent and a stabilizer around the formed nanoparticles. Silver and gold were chosen because of their high plasmon field enhancement. Since plasmon field strongly depends on the shape and size of the nanoparticles, the prepared nanoparticles were characterized using absorption spectroscopy and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Prior to deposition of silver or gold nanoparticles on glass slides, the slides were derivatized by immersing them into an aqueous solution of 3-Aminopropylethoxysilane (APTES). Following derivatization, silver or gold nanoparticles were deposited by immersing the slides into the colloid mixture. Metal nanoparticle coated slides were characterized using absorption spectroscopy and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Surface enhanced Raman scattering (SERS) measurements were carried out to observe the plasmon efficiency of the deposited nanoparticles. The SERS measurements were repeated for the duration of two weeks in order to check the stability of the plasmon efficiency. In this study, different types of materials (silica, zinc oxide, gold, stearic acid.) were employed as spacers to observe their effects on fluorescence enhancement. Physical vapor deposition (PVD) and Langmuir-Blodgett (LB) film deposition techniques were used for the formation of the spacer within the substrate. Fluorescence enhancement of rhodamine B and fluorescein was observed on the prepared SEF substrates. Obtained enhancement factors indicate that SEF substrates have the potential for sensitivity improvements of fluorescence sensing in many fields.

Dimensionierung und Konstruktion von Bewehrungstextilien für die Anwendung in Textilbeton werden in Abhängigkeit von der resultierenden Last im Bauteil durchgeführt. Um aus der Vielzahl möglicher Varianten von Bewehrungsstrukturen die passenden auszuwählen, wird ein reduziertes Beschreibungsschema zur Auswahl herangezogen. Als Anwendungsbeispiel wird eine komplexe Bewehrungsstruktur beschrieben, die für dünnwandige, selbsttragende Sandwichelemente genutzt wird. Die Sandwichelemente werden als Wandund Dachkonstruktion für ein 20 m² großes modulares Gebäude eingesetzt. Die Bewehrungsstrategie für die Elemente sowie die Herstellungstechnik und Prüfverfahren für die Bewehrung werden beschrieben. Zur Langzeitüberwachung der Sandwichelemente wird ein Monitoring-System verwendet.

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung und Evaluierung zweier neuartiger Technologien (Maske und Spacer) zur Erzeugung von Airgap-Strukturen in Mehrebenenmetallisierungen integrierter Schaltkreise. Ausgangspunkt der Arbeit bildet die Aufarbeitung der Thematik der low-k Materialien sowie der aus der Literatur bekannten Airgap-Ansätze. Es werden die beiden entwickelten Konzepte zur Airgap-Erzeugung prinzipiell beschrieben und hinsichtlich der definierten Zielstellungen (konventionelle Prozessierung, Skalierbarkeit, selektiver Eintrag) sowie vergleichend zu alternativen Airgap-Ansätzen diskutiert. Im Fortgang werden Präparationen beider Technologien vorgestellt und deren Machbarkeit nachgewiesen. Die Erprobung und Optimierung einzelner Prozesse werden dokumentiert. Anhand der funktionsbedingten Anforderungen an Materialien und Grenzflächen werden ausgewählte Integrationsaspekte untersucht. Den Schwerpunkt bildet dabei der Einfluss von Fluorwasserstoffsäure auf elektrisch leitfähige und dielektrische Diffusionsbarrieren, Kupfer sowie deren Verbund. Es werden Möglichkeiten gezeigt, unerwünschte Wechselwirkungen zu minimieren und die Zuverlässigkeit der defektfreien Airgap-Erzeugung zu steigern. Die Arbeit beinhaltet zudem die Charakterisierung von Airgap-Strukturen entsprechend beider Ansätze hinsichtlich ihres elektrischen, thermischen und mechanischen Verhaltens für variierte Geometrien und Materialeigenschaften. Es werden FEM-Simulationen genutzt, um Messwerte zu verifizieren, Extrapolationen bei variierten Eingabedaten durchzuführen oder nicht messbare Größen zu extrahieren.

Electrodialysis performance strongly depends on the boundary layer near ion exchange membranes. The thickness of the boundary layer has not been clearly evaluated due to its substantial fluctuation around the spacer geometry. In this study, the boundary layer thickness was defined with three statistical parameters: the mean, standard deviation, and correlation coefficient between the two boundary layers facing across the spacer. The relationship between the current and potential under conditions of the competitive transport between mono- and di-valent cations was used to estimate the statistical parameters. An uncertainty model was developed for the steady-state ionic transport in a two-dimensional cell pair. Faster ionic separations were achieved with smaller means, greater standard deviations, and more positive correlation coefficients. With the increasing flow velocity from 1.06 to 4.24 cm/s in the bench-scale electrodialyzer, the best fit values for the mean thickness reduced from 40 to less than 10 μm, and the standard deviation was in the same order of magnitude as the mean. For the partitioning of mono- and di-valent cations, a CMV membrane was examined in various KCl and CaCl₂ mixtures. The equivalent fraction correlation and separation factor responded sensitively to the composition of the mixture; however, the selectivity coefficient was consistent over the range of aqueous-phase ionic contents between 5 and 100 mN and the range of equivalent fractions of each cation between 0.2 and 0.8. It was shown that small analytic errors in measuring the concentration of the mono-valent cation are amplified when estimating the selectivity coefficient. To minimize the effects of such error propagation, a novel method employing the least square fitting was proposed to determine the selectivity coefficient. Each of thermodynamic factors, such as the aqueous- and membrane-phase activity coefficients, water activity, and standard state, was found to affect the magnitude of the selectivity coefficient. The overlimiting current, occurring beyond the electroneutral limit, has not been clearly explained because of the difficulty in solving the singularly perturbed Nernst-Planck-Poisson equations. The steady-state Nernst-Planck-Poisson equations were converted into the Painlevé equation of the second kind (P[subscript II] equation). The converted model domain is explicitly divided into the space charge and electroneutral regions. Given this property, two mathematical formulae were proposed for the limiting current and the width of the space charge region. The Airy solution of the P[subscript II] equation described the ionic transport in the space charge region. By using a hybrid numerical scheme including the fixed point iteration and Newton Raphson methods, the P[subscript II] equation was successfully solved for the ionic transport in the space charge and electroneutral regions as well as their transition zone. Above the limiting current, the sum of the ionic charge in the aqueous-phase electric double layer and in the space charge region remains stationary. Thus, growth of the space charge region involves shrinkage of the aqueous-phase electric double layer. Based on this observation, a repetitive mechanism of expansion and shrinkage of the aqueous-phase electric double layer was suggested to explain additional current above the limiting current. / text

En permettant la transmission de fortes puissances sur de grandes distances, les réseaux en haute tension à courant continu (HTCC) représentent l'avenir du transport de l'énergie électrique. Des équipements tels que les postes sous enveloppe métallique (PSEM) seront indispensables dans ces réseaux pour répartir le flux d'énergie, interrompre ou isoler certaines branches. Leur conception nécessite la prise en compte, pour les parties isolantes, de phénomènes spécifiques liés à l’application de champs électriques continus, comme la dépendance de la résistivité avec le champ et la température, mais également l’accumulation de la charge d'espace qui contribue à augmenter sensiblement les risques de claquage. Dans le composite étudié (résine époxyde chargée d’alumine), ce phénomène commence à se manifester dès que les valeurs de champ excèdent quelques kV/mm, correspondant à l’ordre de grandeur des contraintes envisagées dans les futurs PSEM HTCC.Bien que des techniques existent pour déterminer la répartition de ces charges dans les isolants solides, aucune n’est à ce jour directement applicable aux structures isolantes installées dans les PSEM HTCC.L’objectif de ce travail est ainsi de concevoir et de mettre en place une technique de mesure des charges d’espace et du champ électrique interne qui soit à résolution spatiale, non destructive et adaptée à une géométrie d’isolateur cylindrique, de type support isolant de jeu de barres.En utilisant le dispositif expérimental mis en place, le comportement du composite vis-à-vis de la charge d’espace est par la suite étudié, notamment en fonction de différentes contraintes électrothermiques représentatives du fonctionnement des PSEM. Le but final est d'aider à l'optimisation de la conception de ce type d’isolateur, en se basant sur l’analyse des résultats issus de mesures de charges d’espace. / The trend today is to develop high voltage direct current (HVDC) technology for the future electric network because it offers some advantages for the transmission on long distances. The development of HVDC networks leads to an increasing need of gas insulated substations (GIS). A problem to be dealt with when an insulator is subjected to a continuous electric field is the variation of the resistivity with the electric field and the temperature and the accumulation of space charges that can lead to dielectric breakdown. In alumina-filled epoxy resin, used as insulating material for GIS spacer, the influence of space charge start to come out when the electric fields exceed several kV/mm, corresponding to values envisaged for the future HVDC GIS.Despite that non-destructive methods exist to determine the space charge distribution in solid insulators, none of them are directly applicable to insulation structures installed in the HVDC GIS.So, the main objective of this work is to design and set up a measurement technique to observe the internal electric field and the accumulated charges. The developed method must be non-destructive and adapted for a cylindrical geometry of an insulator used as a busbar insulation support.By using the experimental bench set up, the behavior of the composite material regarding the space charge will be studied, in particular according to different thermoelectric stresses. The final aim is to contribute to the optimization of the design of this type of insulator, based on the results from space charge measurements.

O desajuste de copings obtidos por fundição por cera perdida está sujeita à vários fatores tais como: contração de fundição do metal, expansão do revestimento, uso de espaçadores, entre outros. O objetivo do estudo foi avaliar o desajuste marginal pré e pós cimentação de copings obtidos com três ligas de metais básicos - Ni-Cr-Be (VB), Ni-Cr (V2) e Co-Cr (KE) fundidos a partir de dois revestimentos - Termocast (TE) e Microfine (MI) e Titânio comercialmente puro (TR) fundido com dois revestimentos - Rematitan Plus (RP) e Rematitan Ultra (RU), nas condições E0, sem espaçador, E1, com uma camada de espaçador e E2, com duas camadas de espaçador. A partir de uma matriz metálica, foram obtidos 240 copings, sendo 10 para cada combinação metal-revestimento-espaçador. Foi utilizado Microscópio Óptico para determinação do desajuste nas condições pré e pós cimentação, efetuada com cimento de fosfato de zinco. Foi realizado teste de tração pós cimentação para determinação da carga de remoção dos copings da combinação KE-MI. Foram realizados ensaios dilatométricos para a definição dos coeficientes de expansão térmico linear dos metais e dos revestimentos, determinação da expansão de presa dos revestimentos, além de ensaio para determinação da variação dimensional das fundições e análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os dados de desajuste marginal foram analisados estatisticamente pelos testes Anova e Student-Newman-Keulsa que revelaram significância estatística (0,05) para os fatores isolados. Para os metais, os valores de desajuste (&mu;m) foram V2 (85) = VB (89) < KE (119) < TR (171) e para os revestimentos, MI (68) < TE (128) < RP (153) < RU (188). Para o espaçador os desajustes foram E2 (76) < E1 (125) < E0 (147). Os menores valores de desajuste pós cimentação foram obtidos pelas combinações: VB-MI-E2 (44), V2-MI-E2 (47), VB-MI-E1 (52), VB-MI-E0 (55), TR-RU-E2 (67), V2-MI-E1(70), V2-TE-E2 (77), V2-MI-E0 (86), VB-TE-E2 (103), todas as demais combinações tiveram valores acima de 120 &mu;m, adotado como referência clinicamente aceitável. Houve diferença significante para as cargas de remoção entre as condições E2 (49 Kgf) < E1 (74 Kgf) < E0 (102 Kgf). Os valores de expansão de presa foram: TE (1,05%), MI (0,88%), RP (0,19%) e RU (0,02%). Para o ensaio dilatométrico, os valores de contração dos metais foram: KE (0,270%), V2 (0,262%), VB (0,256%) e TR (0,160%). Para os revestimentos, houve diferença significante, entre MI (0,74%) e RU (-1,63%). A análise da variação dimensional revelou diferença significante para os metais: V2 (0,08%) &ge; VB (-0,12%) &ge; KE (-0,21%) &ge; R (-0,85%) e para os revestimentos: MI (0,09%) > TE (-0,26%) = RP (-0,50%) > RU (-1,19%). Os revestimentos MI e RU apresentaram micro estrutura mais refinada, contendo cristais mais homogêneos e menos porosidade que os revestimentos RP e TE. Com base nos dados analisados, é válido afirmar que, embora a utilização de revestimentos com boas propriedades dilatométricas facilite a confecção de copings com ajuste marginal adequado, a utilização de espaçadores pode ser indispensável para obtenção de resultados clínicos satisfatórios. / The marginal fit of copings made by lost-wax casting are subject to different variation factors, such as contraction of molten metal, investment thermal expansion, die spacer use and others. This study aimed to evaluate the marginal adaptation of copings before and after cementation, obtained with three basic alloys - Ni-Cr-Be (VB), Ni-Cr (V2) and Co-Cr (KE), melted with two investments - Termocast (TE) and Microfine (MI) - and commercially pure titanium (TR) melted with Rematitan Plus (RP) and Rematitan Ultra (RU), in the conditions: E0 (without die spacer), E1 (one die spacer layer) and E2 (two die spacer layers). From a metal matrix, 240 copings were obtained, 10 for each combination metal-investment-spacer. An optical microscope was used to determine the misfit before and after the cementation with zinc phosphate cement. A tensile strength test was carried out after the cementation in order to determine the remotion load. Dilatometric tests were used to calculate the linear thermal expansion coefficients of metals and investments, to determine the setting expansion of the investments and to determine the dimensional variation as well. After the tests, the data were analyzed statistically. The analysis of variance for the marginal adaptation showed statistical significance (0.05) for all variation factors. For the metals, the misfit, in &mu;m, was: V2 (85) = VB (89) < KE (119) < TR (171); and for investments, MI (68) < TE (128) < RP (153) < RU (188). The misfit for factor die spacer was: E2 (76) < E1 (125) < E0 (147). Having accepted the value of 120 &mu;m as a reference limit of clinically acceptable results, the lowest misfit values for different combinations after cementation were: VB-MI-E2 (44), V2-MI-E2 (47), VB-MI-E1 (52), VB-MI-E0 (55), RU-TR-E2 (67 &mu;m), V2-MI-E1 (70), E2-V2-TE (77), V2-MI-E0 (86), VB-TE-E2 (103). All the other combinations had values above 120 &mu;m. There was a significant difference for tensile strength under the conditions E2 (49 Kgf), E1 (74 Kgf) and E0 (102 kgf). The setting expansion values were: TE (1.05%), MI (0.88%), RP (0.19%) and RU (0.02%). According to the dilatometer test, the values of contraction for the metals were: KE (0.27%), V2 (0.262%), VB (0.256%) and TR (0.16%), and for the investments: MI (0.74%) and RU (-1.63%). The analysis of variance revealed significant differences for metals dimensional variation: V2 (0.08%) &ge; VB (-0.12%) &ge; KE (-0.21%) &ge; TR (-0.85%) and investments: MI (0.09%) > TE (-0.26%) = RP (-0.50%) > RU (-1.19%). In conclusion, the use of investments with good dilatometric properties improves the marginal fit of the copings, but the die spacer use may be essential for obtaining satisfactory clinical results.

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung und Evaluierung zweier neuartiger Technologien (Maske und Spacer) zur Erzeugung von Airgap-Strukturen in Mehrebenenmetallisierungen integrierter Schaltkreise. Ausgangspunkt der Arbeit bildet die Aufarbeitung der Thematik der low-k Materialien sowie der aus der Literatur bekannten Airgap-Ansätze. Es werden die beiden entwickelten Konzepte zur Airgap-Erzeugung prinzipiell beschrieben und hinsichtlich der definierten Zielstellungen (konventionelle Prozessierung, Skalierbarkeit, selektiver Eintrag) sowie vergleichend zu alternativen Airgap-Ansätzen diskutiert. Im Fortgang werden Präparationen beider Technologien vorgestellt und deren Machbarkeit nachgewiesen. Die Erprobung und Optimierung einzelner Prozesse werden dokumentiert. Anhand der funktionsbedingten Anforderungen an Materialien und Grenzflächen werden ausgewählte Integrationsaspekte untersucht. Den Schwerpunkt bildet dabei der Einfluss von Fluorwasserstoffsäure auf elektrisch leitfähige und dielektrische Diffusionsbarrieren, Kupfer sowie deren Verbund. Es werden Möglichkeiten gezeigt, unerwünschte Wechselwirkungen zu minimieren und die Zuverlässigkeit der defektfreien Airgap-Erzeugung zu steigern. Die Arbeit beinhaltet zudem die Charakterisierung von Airgap-Strukturen entsprechend beider Ansätze hinsichtlich ihres elektrischen, thermischen und mechanischen Verhaltens für variierte Geometrien und Materialeigenschaften. Es werden FEM-Simulationen genutzt, um Messwerte zu verifizieren, Extrapolationen bei variierten Eingabedaten durchzuführen oder nicht messbare Größen zu extrahieren.

Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurden im Rahmen der Teilprojekte B1 und B2 des SFB 532 alkalibeständige Glas- und Carbonrovings eingesetzt, die zu offenmaschigen 2D-Textilien verarbeitet wurden. Untersuchungen des Verbund- und des Tragverhaltens der Verstärkungsstrukturen in Pull-Out- und Dehnkörperversuchen haben gezeigt, dass das Potential der Verstärkungsfasern aufgrund einer unvollständiger Durchtränkung der Bewehrung nicht vollständig ausgeschöpft werden kann. Auch Defizite bei der Produktionstechnik wurden erkannt und für zukünftige Entwicklungen analysiert. Um das Potential der verwendeten Verstärkungsfaser vollständiger auszuschöpfen, wurden innovative Garnkonstruktionen, die sich positiv auf den inneren und/oder den äußeren Verbund auswirken, entwickelt und erprobt. Anhand von Versuchsreihen auf der Textilebene wurden unterschiedliche Textilparameter, wie Art der Bindung, Gittergröße und Wirkfadenspannung, identifiziert, die unmittelbar die Tragfähigkeit der Verbundbauteile beeinflussen. Für die gängigen Produktionstechniken Laminieren, Gießen, Spritzen, Schleudern und Extrudieren wurden entsprechende Bewehrungskonstruktionen abgeleitet, die den Anforderungen des jeweiligen Prozess angepasst wurden. Ein weiterer Punkt der Forschungsaktivitäten stellte die Entwicklung der Maschinentechnik zur Herstellung von Verstärkungstextilien dar. Am Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University wurde in Zusammenarbeit mit Industriepartnern ein Maschinenkonzept entwickelt und umgesetzt, das die Herstellung von 3D-Abstandsgewirken mit einer freien Gestaltung der Deckflächen mit marktrelevanten Produktionsgeschwindigkeiten ermöglicht. Zur gezielten Einstellung der Wirkfadenspannung wurde ein Regelungssystem konzipiert und technisch umgesetzt, mit dem eine reproduzierbare Fertigung von textilen Verstärkungsstrukturen möglich wird.

Dimensionierung und Konstruktion von Bewehrungstextilien für die Anwendung in Textilbeton werden in Abhängigkeit von der resultierenden Last im Bauteil durchgeführt. Um aus der Vielzahl möglicher Varianten von Bewehrungsstrukturen die passenden auszuwählen, wird ein reduziertes Beschreibungsschema zur Auswahl herangezogen. Als Anwendungsbeispiel wird eine komplexe Bewehrungsstruktur beschrieben, die für dünnwandige, selbsttragende Sandwichelemente genutzt wird. Die Sandwichelemente werden als Wandund Dachkonstruktion für ein 20 m² großes modulares Gebäude eingesetzt. Die Bewehrungsstrategie für die Elemente sowie die Herstellungstechnik und Prüfverfahren für die Bewehrung werden beschrieben. Zur Langzeitüberwachung der Sandwichelemente wird ein Monitoring-System verwendet.

The aim of this research is to develop a wet-chemical silvering method for a three-dimensional (3D) textile material made of polyethylene terephthalate (PET) to prevent and eliminate biological contaminants in drinking water and other liquid-containing systems. Three-dimensional textile fabrics are particularly well-suited as silvered disinfection materials in water systems, because they have 3D structures, pressure-elastic textile design, and provide large contact areas. Furthermore, water can easily be passed through the structure. The developed wet-chemical procedures are based on aminosilane, which consists of at least two amine groups and is well-suited to form a silver diamine complex. The silvered textile material was coated with cationic silver. After the chemical reduction, the cationic silver turns into metallic silver on the surface of PET spacer fabrics. The surface morphology of silver-coated spacer fabrics was analyzed and the uniform silver layer on the PET fiber surface was found. X-ray diffraction and energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis spectrums showed that the silver was immobilized on the PET fiber surface. The layer thickness and the silver amount were also determined. The silvered spacer fabrics can be used in sealing and/or cooling water systems; therefore, the silver ion release in water was analyzed. Furthermore, textile physical tests for the measurement of breaking force and elongation were carried out. No significant change in breaking force and elongation was observed after silvering of PET spacer fabric.