Die Arbeit behandelt am Beispiel von flachsfaserverstärktem Polypropylen die Verarbeitung von naturfaserverstärkten Thermoplasten im Spritzgießverfahren und die resultierenden Verbundeigenschaften. Im Grundlagenteil der Arbeit werden die Flachsfasern mit ihren besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften vorgestellt, die theoretischen Grundlagen zur Suspensionsrheologie, der Beschreibung von räumlichen Orientierungszuständen, zur Faser-Makrostruktur-Ausbildung und zum Spannungs-Verformungsverhalten von kurzfaserverstärkten Thermoplasten dargelegt. Phänomenologisch wird das rheologische Verhalten der flachsfasergefüllten thermoplastischen Schmelze charakterisiert. Weiterhin wird der Formfüllvorgang simuliert. Für die Bewegung der in der Schmelze mitgeschleppten Fasern werden die für konventionelle Kurzfasern gebräuchlichen Berechnungsansätze benutzt und deren Vorhersagegenauigkeit für flachsfaserverstärktes Polypropylen anhand experimenteller Ergebnisse beurteilt. Die resultierende Verbundsteifigkeit wird mit einem analytischen Modell unter Berücksichtigung der Orientierungssituation und Zuhilfenahme von mikromechanisch berechneten Faserkennwerten bestimmt. Abschließend wird der Einfluss technologischer und konstruktiver Parameter dargelegt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von dünnen Schichten im ternären System B-C-N. In diesem System sind einerseits die härtesten heute bekannten Materialien (Diamant, c-BN) enthalten, aber andererseits auch Stoffe mit unterschiedlichsten elektrischen Eigenschaften (Graphit, h-BN). Es besteht daher das Bestreben, verschiedene bekannte Materialien zu kombinieren und so deren Eigenschaften in gewünschter Weise einzustellen. Allerdings wird sowohl experimentell als auch theoretisch des öfteren eine Separation in BN- und C/CNx-Phasen beobachtet. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Schichten über einen weiten Stöchiometriebereich mittels reaktiver DC-Magnetronzerstäubung hergestellt und untersucht. Schwerpunkt wurde dabei auf die Analyse der Struktur und des Bindungszustandes sowie die mechanischen Eigenschaften Härte und Elastizitätsmodul gelegt. Es wird diskutiert, in welchen Elementezusammensetzungen wirkliche ternäre Verbindungen entstanden sind und ein Zusammenhang zwischen Struktur und mechanischen Eigenschaften in Form einer empirischen Formel abgeleitet.

Die Arbeit behandelt ausgewählte Aspekte der Ausbildung strömungsinduzierter Orientierungen und deren Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften in spritzgegossenen LCP-Formteilen. Es werden die Grundlagen zum rheologischen Verhalten von LCP, zum Füllvorgang und zur Orientierungsausbildung beim Spritzgießen sowie zu den Methoden der Orientierungsuntersuchung zusammengefaßt. Rheologische Untersuchungen werden aus der Sicht der praktischen Kennwertermittlung durchgeführt. Dabei wird die Abhängigkeit der Viskosität von der Düsenlänge und von der thermo-rheologischen Vorgeschichte analysiert sowie eine Viskosimeter-Vorrichtung für die Spritzgießmaschine vorgestellt und erprobt. Die umfangreiche Analyse verarbeitungsinduzierter Formteileigenschaften behandelt schwerpunktmäßig Orientierungsphänomene in der Wanddickenrichtung. Die Orientierungseffekte werden durch Grauwertmessungen erfaßt. Ein Meßaufbau mit einer kalibrierten Mikroskop-Digitalkamera-Kombination ermöglicht die reproduzierbare, effektive Messung der Grauwerte in hoher Ortsauflösung und damit eine über die bisher bekannten qualitativen Vergleiche hinausgehende quantitative Auswertung. Anhand der Grauwertverläufe wird der Einfluss technologischer und konstruktiver Parameter auf die Orientierungsstruktur dargelegt und mit Ergebnissen der Computersimulation verglichen. Durch parallele Messung anisotroper mechanischer Kennwerte und Orientierungsmerkmale werden richtungsabhängige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen bestimmt.

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung von plasmaunterstützten CVD-Prozessen zur Abscheidung ultradünner (≤10 nm) wolframbasierter Diffusionsbarrieren für die Kupfermetallisierung in integrierten Schaltkreisen. Es wird ein PECVD-Prozess mit der Gaschemie WF₆/N₂/H₂/(Ar) vorgestellt, mit dem amorphe und leitfähige WN_x-Schichten abgeschieden werden. Dabei wird der Prozess umfassend charakterisiert (z.B. Rate, Homogentität, Kantenbedeckung) und die Einflüsse von Parameteränderungen (besonders Gasflussvariationen) auf die Schichteigenschaften untersucht. Ausgewählte Schichtzusammensetzungen, welche den Barriereanforderungen hinsichtlich geringen elektrischen Widerstandes und sehr guter Homogenität über den Wafer entsprachen, wurden im für den praktischen Einsatz relevanten Schichtdickenbereich von 10 nm eingehender untersucht. Dies erfolgte einerseits mikrostrukturell mit GI-XRD, GDOES und TEM zu Schichtzusammensetzung, Kristallisationsverhalten und Schichtstabilität unter Wärmebehandlung in verschiedenen Medien in direktem Kontakt zu Kupfer. Zudem erfolgte die Beurteilung der Diffusionswirkung der WN_x-Schichten mit elektrischen Messverfahren (CV, TVS) über MIS-Strukturen. Auf Grundlage des WN_x-Prozesses wird durch Zugabe von Silan zur Prozessgaschemie die Möglichkeit der Abscheidung einer ternären Zusammensetzung WSiN untersucht. Es erfolgt eine ausführliche Auswertung der Literatur zu verschiedenen WSiN-Abscheideprozessen und eine Wertung der beschriebenen ternären Zusammensetzung in Bezug auf geringen elektrischen Widerstand und thermischer Stabilität. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen kann ein ternärer Zusammensetzungsbereich von Me-Si-N eingegrenzt werden, der sowohl amorphe Mikrostruktur, niedrigen elektrischen Widerstand und hohe thermische Stabilität garantiert. Der entwickelte PECVD-Prozess mit Silan führte zu einer Si-stabilisierten WN_x-Schicht mit nur geringfügig höherer thermischer Stabilität aber deutlich höheren elektrischen Widerstand. Es wird die Frage diskutiert, ob die Entwicklung einer amorphen ternären Verbindung mit höherer thermischer Stabilität aber zu Lasten des elektrischen Widerstandes notwendig ist, wenn für das Stoffsystem schon eine amorphe binäre Zusammensetzung existiert, die die Anforderungen einer Diffusionsbarriere hinsichtlich hoher Leitfähigkeit und ausreichend hoher thermischer Stabilität erfüllt.

Techn. Univ., Habil.-Schr.--Braunschweig, 2006.

Universiẗat, Diss.--Hannover, 2007.

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2009

Zugl.: Darmstadt, Techn. University, Diss., 2009.

Arbetet syftar till att skapa en prototyp av en textil trycksensor som kan känna av och skilja på olika typer av belastning. En lämplig metod för att på ett vetenskapligt sätt testa sagda prototyp har också utvecklats. Prototypen har tillverkats för hand på en datoriserad vävstol och de ingående materialen är piezoelektrisk poly(vinyldifluorid), PVDF, tvinnad tillsammans med ett konduktivt garn, Shieldex®, samt polyester. När PVDF-fiber utsätts för töjning genererar de en spänning, vars storlek står i relation till töjningen. Den vävda konstruktion som valdes till prototypen är en distansvara där väftinläggen lagts in i 7 olika lager för att skapa volym. Därmed möjliggörs en töjning av PVDF-fibern som relaterar till trycket strukturen utsätts för. För att utvärdera strukturen skapades tre likadana trycksensorer innehållandes fyra PVDF-fiber som lagts in med ett mellanrum på ca 1,5 cm. Dessa prototyper har sedan fästs på en egentillverkad ramp och PVDF- samt Shieldex®-garnet har kopplats in till ett oscilloskop. Därefter har vikter rullats över prototypen för att generera spänning, vilken har kunnat uppmätas med oscilloskopet. De uppmätta resultaten har analyserats och utvärderats med hjälp av Excel. Testerna visade tydligt att spänningen som uppmättes stod i relation till vikternas storlek; högre vikter gav en mätbart större spänning. Det finns dock stor varians bland resultaten och utvärdering av samtliga prover visar på stora standardavvikelser hos samtliga fiber. Detta innebär att även om det är tydligt att ökad vikt medför ökad signal så kan det finnas svårigheter i att avgöra storleken på vikten utifrån den uppmätta spänningen. / The aim of this project was to create a sensor in textile material which can register and recognize different kinds of pressure. A suitable method has been developed in order to scientifically investigate and evaluate the sensitivity of the prototypes. The prototypes have been produced with a computerized hand weave machine and the materials used were polyester and piezoelectric PVDF-fiber, twisted with a conductive yarn, Shieldex®. When a force is applied to the PVDF-fiber, causing an extension of the fiber, a voltage is generated directly related to the applied force. The final prototype is a woven textile with integrated monofilaments and weft inserted in seven different layers to create a voluminous structure. An extension by the PVDF-fiber is there by enabled to occur which is related to the force applied onto the structure. Three equable prototypes were produced, each consisting four separated PVDF-fibers which were inserted with a distance of 1, 5 cm from each other. The prototypes were further attached one by one on a homemade ramp and the PVDF- and Shieldex®-fibers were connected to an oscilloscope. Different weights were then rolled from the top of the ramp, generating a voltage each time it pressures a fiber, which were seen on the computer software of the oscilloscope. The results were afterwards analyzed and evaluated using Excel. A clear relationship between applied force and generated voltage is shown although there is a great variety among the test results on each weight along with large standard deviations. The exact weight generating a specific voltage is therefore difficult to determine.

Background: Identifying sequence-structure motifs common to two RNAs can speed up the comparison of structural RNAs substantially. The core algorithm of the existent approach ExpaRNA solves this problem for a priori known input structures. However, such structures are rarely known; moreover, predicting them computationally is no rescue, since single sequence structure prediction is highly unreliable. Results: The novel algorithm ExpaRNA-P computes exactly matching sequence-structure motifs in entire Boltzmann-distributed structure ensembles of two RNAs; thereby we match and fold RNAs simultaneously, analogous to the well-known “simultaneous alignment and folding” of RNAs. While this implies much higher flexibility compared to ExpaRNA, ExpaRNA-P has the same very low complexity (quadratic in time and space), which is enabled by its novel structure ensemble-based sparsification. Furthermore, we devise a generalized chaining algorithm to compute compatible subsets of ExpaRNA-P’s sequence-structure motifs. Resulting in the very fast RNA alignment approach ExpLoc-P, we utilize the best chain as anchor constraints for the sequence-structure alignment tool LocARNA. ExpLoc-P is benchmarked in several variants and versus state-of-the-art approaches. In particular, we formally introduce and evaluate strict and relaxed variants of the problem; the latter makes the approach sensitive to compensatory mutations. Across a benchmark set of typical non-coding RNAs, ExpLoc-P has similar accuracy to LocARNA but is four times faster (in both variants), while it achieves a speed-up over 30-fold for the longest benchmark sequences (≈400nt). Finally, different ExpLoc-P variants enable tailoring of the method to specific application scenarios. ExpaRNA-P and ExpLoc-P are distributed as part of the LocARNA package. The source code is freely available at http://www.bioinf.uni-freiburg.de/Software/ExpaRNA-P webcite. Conclusions: ExpaRNA-P’s novel ensemble-based sparsification reduces its complexity to quadratic time and space. Thereby, ExpaRNA-P significantly speeds up sequence-structure alignment while maintaining the alignment quality. Different ExpaRNA-P variants support a wide range of applications.