Ce mémoire traite de l’ étude et de la réalisation de composants à ondes élastiques de surface (SAW) pour des applications de filtrage dans les gammes VHF et UHF. Nous y étudions différentes structures de ces filtres, à commencer par des filtres à couplage acoustique longitudinal centrés aux alentoursdu gigahertz, de bande passante relative inférieure à 0,1 % réalisés sur quartz. Leur fabrication et leur caractérisation ont révélé des pertes d’insertion inférieures à 5 dB et des niveaux de rejet supérieurs à 20 dB, conformément aux prévisions de notre modèle de matrice mixte. Un tel filtre a été inséré dans un oscillateur pour valider la fonction réalisée. Pour une maîtrise accrue de la conception de ces filtres, nous avons développé un modèle tenant compte de la contribution des modes transverses sur leur fonction de transfert. Des comparaisons entre théorie et expérience ont permis de démontrer la précision de ce modèle. Nous nous sommes également intéressés à des structures de filtres à éléments d’impédance et à transducteurs en éventails (fan-shaped) pour la réalisation de bandes passantes relatives comprises entre 1 et 15 % dans la bande 100 − 300 MHz. Pour chacune de ces structures, nous avons développé un modèle permettant d’en étudier le comportement. Une configuration de filtre en treillis de bande passante relative proche de 2 %a été fabriquée et caractérisée, ainsi que plusieurs filtres à transducteurs en éventails de bandes passantes relatives supérieures à 10 %. Enfin, nous avons étudié deux approches qui nous ont permis de réaliser des dispositifs fonctionnant à des fréquences voisines de 3 GHz. La première, consiste à exploiter les vitesses de phase supérieures à 5 km.s−1 d’un guide d’ondes à base de carbone-diamant. La seconde exploite la résolution d’un procédé de lithographie par nano-impression pour réduire la période des réseaux d’ électrodes. / This thesis deals with the development of surface acoustic wave devices (SAW) for filtering applications in the VHF and UHF bands. Several filter structures are studied. The first ones are longitudinally coupled resonator filters (LCRF) manufactured on Quartz with a relative pass-band narrower than 0,1 % centered at about 1 GHz. These filters have been fabricated and characterized, yielding less than 5 dB insertion loss with rejection levels in excess of 20 dB as predicted by our P-matrix model. One of these filters has been mounted in an oscillator to validate its characteristics.To improve the design of such filters, we have developed a model accounting for transverse mode contributions on their spectral function. Comparisons between theory and experiment emphasizes the accuracy of the developed model. We also have investigated impedance element and slanted transducers (fan-shaped) filter structures to produce filters with relative pass-band ranging from 1 to 15 % in the 100 − 300 MHz frequency range. For each type of filters, we have developed a model to predict their electrical response. A balanced-bridge filter configuration with a 2 % relative pass-band and four fan-shaped filters with pass-band larger than 10 % have been fabricated and characterized. Finally, we have studied two approaches for the development of SAW devices operating at frequencies in the vicinity of 3 GHz. The first approach exploits Diamond-based substrates, providing phase velocity higher than 5 km.s−1. The second one uses a nano-imprint lithography process to reduce the pitch of electrode gratings.

Ziel der Arbeit ist die theoretische Analyse von Kohlenstoff-Clustern der Größe 100 - 500 Atome. Die experimentellen Beobachtungen sind bei dieser geringen Anzahl der Atome schwierig. Anderseits sind Kenntnisse über solche Cluster sehr wichtig, z.B. für die Keimbildung von Diamant auf Substraten, oder für die Kohlenstoff-Nanotechnologie (Fullerene, Nanotubes), oder für strukturelle Defekte in Kohlenstoff-Systemen. Es wurden gekrümmte Grenzflächen im Diamant simuliert. Zuerst mit einem empirischen Potential. Es wurde danach eine Methode entwickelt, bei der die schwach gestörten Gebiete einem empirischen Potential gehorchen, und die stark gestörten Gebiete, wo eine genaue Berechnung erforderlich ist, durch eine quantenmechanische Näherung beschrieben wurden. Somit kann man mit guter Genauigkeit große Systeme, bestehend aus einigen 10 (hoch)4 Atomen, simulieren, bei denen nur lokal quantenmechanische Methoden erforderlich sind. Mit diesem Hybrid-Code wurden weiterhin Diamantkeime auf Silizium gerechnet. Es wurden Aussagen bezüglich der Stabilität des Diamants auf dem Siliziumsubstrat, der kritischen Keimgröße, der Änderungen, die der Keim erfährt, gemacht. Ein anderes Gebiet ist die molekulardynamische Simulation bezüglich der Stabilität und des Transformationsverhaltens von Kohlenstoff-Nanoteilchen. Es wurden als »Rohstoffe» sowohl Diamant- und Graphitkristalle sphärischer, ellipsoidischer oder quadratischer Form benutzt, als auch amorpher Kohlenstoff. Es wurde demonstriert, daß sich Diamant unter höherer Temperatur und Bestrahlung in Kohlenstoffzwiebeln transformiert. Es wurde der innere Kern, bestehend aus zwei Schalen, der Kohlenstoffzwiebel simuliert. Es wurde, nach meinem Wissen, zum ersten Mal gezeigt, daß zwischen den Schalen der Kohlenstoffzwiebel Quer-Verbindungen (cross-links) existieren. Diese waren von den Experimentatoren vermutet worden. Sie bilden die Initiatoren der Diamantkeime der Kohlenstoffzwiebel bei ihrer ohne äußeren Druck möglichen Transformation in Diamant. Die Zentren der Kohlenstoffzwiebeln befinden sich bereits in der Entstehung der Zwiebel unter einem Selbstdruck. Bei den größeren Kohlenstoffzwiebeln beträgt der experimentell bestimmte Abstand zwischen den Schalen von außen nach innen von 3.34 Å bis 2.2 Å. Anlagen: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Nutzung: Referat Informationsvermittlung der SLUB / The scope of this work is the analysis of carbon clusters of about 100 - 500 atoms. The experimental studies are at such small clusters heavy. Knowledges about thus clusters are very important, for example in the field of the nucleation of diamond on substrates, or for the carbon nano-technology (fullerene, nanotubes), or for local defects in carbon systems. There were simulated curved interfaces in diamond. Firstly with an empirical potential. Than I developed a method, in wich the defects and the structure around them are treated by a quantum mechanical algorithm and the rest with a near to ideal structure with an empirical potential. So, it is possible an accurate calculation of great systems of about 10 (high)4 atoms on wich only locally quantum mechanical methods are necessary. With this hybrid-code diamond nuclei on silicon substrate were simulated. The stability of the diamond nuclei on the silicon substrate, the critical radius of the nuclei and the changes of the nuclei during his transformation was investigated. Another field of investigations is the molecular dynamics simulation of free carbon clusters. The initial structures had spherical, ellipsoidical or square form and consists of diamond and graphite or a free form in the case of amorphous carbon. It was demonstrated that diamond transforms at higher temperatures and under irradiation in carbon onions. The genesis of the nucleus of a carbon onion with two shells was here for the first time simulated. The existence of the cross-links between the shells of a carbon onion was demonstrated. These existence was expected from the experimentators. The cross-links are the initiators of the transformation of carbon onions to diamond. The center of carbon onions is under self-pressure, because the distance between the outer shells is about 3.34 Å and between the inner shells about 2.2 Å. Appendix: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Usage: Referat Informationsvermittlung/ SLUB

Nitrid hliníku (AlN) je slibný polovodivý materiál s velkou mezerou v pásu. Tenké filmy AlN nacházejí uplatnění v různých elektronických a optoelektronických zařízeních. V první řadě je cílem výzkumu prezentovaného v rámci této disertační práce představit nové prekurzory do procesu ALD pro depozici tenkých vrstev AlN. Navrhované prekurzory jsou lepší než tradiční prekurzory buď v nákladové efektivnosti nebo reaktivitě. Část disertační práce je věnována prohloubení porozumění chemickým procesům, které probíhají během a po depozici. V tomto ohledu bylo navrženo pracovní řešení ke zlepšení chemického složení výsledných filmů a ke zmírnění nedostatků, například oxidace. Dalším důležitým aspektem této studie je důkladná analýza fenoménu vodíku v tenkých vrstvách AlN ALD. Vodíkové nečistoty byly zkoumány pomocí přesných a pokročilých technik patřících do skupin analýzy iontovým paprskem (IBA).

Tout ce qui vit, naît, se nourrit, se reproduit et meurt. Pour le cerveau, la question se complexifie car à la survie des neurones s'ajoute le coût de l'activité cérébrale. La question de la gestion énergétique pour les neurones est particulière car les cellules de notre cerveau évoluent de manière concertée et non par compétition. On sait avec l'imagerie médicale que l'usine neuronale ne fonctionne pas uniquement grâce au glucose ; elle utilise d'autres apports énergétiques tels que le lactate ou le glutamate pour soutenir sa production. Lorsqu'une tumeur apparaît, elle change le métabolisme énergétique pour survivre et soutenir sa propre croissance. En particulier, les cellules cancéreuses se fournissent en lactate et choisissent leur substrat préféré en fonction de l'oxygène disponible. La modélisation mathématique des substrats énergétiques est un outil de choix pour décrire et prédire de tels flux. Coupler ces modèles à des données issues de l'IRM et de la SRM permet d'améliorer la prise en charge du patient présentant un gliome.Cette thèse propose l'approche de plusieurs dynamiques en substrat dans le cerveau sain et gliomateux en se basant sur des systèmes d'équations : échanges locaux en lactate (EDO, système lent-rapide), échanges globaux en substrats (EDO), cycle glutamate/glutamine (EDR) et échanges en lactate en dimensions supérieures (EDP). Ces modèles sont expliqués, décrits grâce aux mathématiques et permettent l'élaboration de simulations ajustées selon des données patient ou issues de la littérature.L'énergie est nécessaire au maintien de la vie. Mais si votre voisin consomme une partie de vos ressources, pouvez-vous encore espérer survivre ? / Everything that lives is born, eats, reproduces and dies. For the brain, the question is more complex because neurons have to survive and to support brain activity. Energy management is also particular because brain cells evolve together with no competition. Thanks to medical imaging, we know that neurons do not consume only glucose. They can use others energetic substrates such as lactate and glutamate as a power source.When a tumor appears, it changes the energetic metabolism to survive and support its own growth. In particular, cancer cells like to consume lactate. They also choose their favorite substrate based on the available oxygen. Modeling of energy substrates is useful to describe and predict energetic kinetics and changes. Mathematical models could get with clinical and medical results to describe, explain or predict low grade glioma dynamics. They can help to characterize and quantify a tumor evolution, then leading to improve their therapeutical management. Exchanges between mathematics and MRI (and MRS) enable to get accurate data and to build suitable mathematical models.This thesis deals with several approaches of substrates dynamics in healthy and gliomatous brains. These researches are based on systems of equations. We model local lactate exchanges (ODE, fast-slow systems), global substrates exchanges (ODE), glutamate/glutamine cycle (RDE) and local lactate exchanges in higher dimensions (PDE). We describe, analyze and give simulations of these models. Simulations are fitted on patient MRI data or literature data. Energy is necessary to live. But if your neighbor consumes a part of your resources, can you still survive ? / Tutto ciò che vive nasce, si nutre, si riproduce e muore. Per il cervello, la questione è più complessa perché i neuroni devono sopravvivere e sostenere l'attività cerebrale. La gestione energetica cerebrale è particolare anche perché le cellule cerebrali evolvono insieme, senza concorrenza. Inoltre, grazie alle immagini mediche, sappiamo che i neuroni non consumano solo del glucosio ma usano altri substrati energetici come il lattato o il glutammato.Quando un tumore si stabilisce, cambia il metabolismo energetico del cervello per sopravvivere e sostenere la propria crescita. In particolare, cellule tumorali consumano del lattato e scelgono il loro substrato preferito basandosi all'ossigeno disponibile.La matematica, e in particolare l'elaborazione di modelli matematici può aiutarci a ottimizzare i dati disponibili, che possono essere, di volta in volta, delle proprietà cellulare o delle lastre MRI o MRS. La modellizzazione dei substrati energetici potrebbe descrivere, spiegare o prevedere le dinamiche energetiche nel cervello.Questa tesi tratta di diversi approcci della dinamica dei substrati nei cervelli sani e gliomatosi. Queste ricerche si basano su sistemi di equazioni. Modellizziamo scambi locali di lattato (ODE, sistemi fast-slow), scambi globali di substrati (ODE), ciclo glutammato/glutammina (RDE) e scambi locali di lattato in dimensioni superiori (PDE). Descriviamo, analizziamo e diamo simulazioni di questi modelli. Le simulazioni sono adeguate su dati MRI paziente o dati di letteratura.Per vivere, l’energia è una necessità. Ma se i Suoi vicini consumassero le Sue risorse, riuscirebbe ancora a sopravvivere ?

Carbon dioxide from biogas production is currently considered to be without value and isbecause of this released into the atmosphere in the biogas upgrading process. The residualgas is a potential carbon source and can create value in the biogas manufacturing process.By finding a suitable value-creating process that utilizes carbon dioxide, it can be possibleto provide both economic and environmental incentives for companies to develop theiroperations. This project explored the possibility to create value from this CO2. Through anevaluation of the technical maturity of CCU technologies, a recommendation could be givenat the end of the project. An analysis of technical barriers, such as pollutants in the gas, aswell as barriers in the form of competence and corporate culture were examined in orderto provide a reasoned recommendation. The project mapped which value-creating systemswould be suitable for biogas producers in a Swedish context. This included established methaneand carbon dioxide upgrading techniques currently in use and suitable CCU techniquesthat can interact with the selected upgrading processes and serve as value creators. Based onthis survey, it was then possible to identify common, critical variables for these systems. Thereafter,a recommendation of an appropriate CCU technology could be given depending onthe CO2 composition produced. One conclusion from the study was that carbon dioxide concentrationsfrom the residual gas was often high (approx. 97-98 %) and did not contain anycorrosive or toxic components, and that this largely depends on how the digestion reactor ishandled in the production process. Thus, questions were raised about what the actual limitationsof the CCU are, as they did not seem to be technical. CCU techniques that proved to beof particular interest were pH regulation of sewage plants, CO2 as a nutrient substrate for thecultivation of microalgae, and manufacturing of dry-ice for refrigerated transports. All of thesetechnologies currently have a sufficiently high degree of technical maturity to be installedalready today. Other CCU techniques, such as "’Power to gas”, require a high CO2 concentrationand were discarded as the literature review did not suggest the economic potential forthem as they require additional CO2 upgrading steps. Instead, CCU techniques were chosenthat could be implemented directly with the existing CO2 quality. Furthermore, it was concludedthat one reason why CCU technologies have not been widely implemented is internalbarriers between distributors and manufacturers (or users) of CCU technologies. Thus, theuse of carbon dioxide from biogas production and implementation of CCU technologies canbe promoted by eliminating barriers in companies, such as a lack of both knowledge andfinancial incentives. / Koldioxid från biogasproduktion betraktas i dagsläget som utan värde och släpps ut i atmosfärenvid uppgradering av biogas. Restgasen är en potentiell kolkälla och kan vara värdeskapandeför biogasprocessen. Genom att finna en lämplig värdeskapande process som utnyttjarkoldioxid går det att ge både ekonomiska och miljömässiga incitament till företag att utvecklasin verksamhet. I detta projekt undersöktes möjligheten att skapa värde av denna CO2.Genom en utvärdering av den tekniska mognadsgraden hos CCU-tekniker kunde en rekommendationges vid projektets slut. En analys av tekniska hinder, såsom föroreningar i gassammansättningen,såväl som hinder i form av kompetens och företagskultur undersöktes för attkunna ge en motiverad rekommendation. I projektet kartlades vilka värdeskapande systemsom skulle passa för biogasproducenter i en svensk kontext. Detta inkluderade etableradeuppgraderingstekniker för metan- och koldioxid som används i dagsläget. I projektet undersöktesäven lämpliga CCU-tekniker som kan samverka med de valda uppgraderingsprocessernaoch och agera värdeskapande. Utifrån denna kartläggning kunde det sedan anges vilkagemensamma, kritiska variabler som finns för dessa system. Därefter kunde en rekommendationav lämplig CCU-teknik ges beroende på den producerade CO2 sammansättningen. Enslutsats i projektet var att koldioxid från restgasen ofta var av hög koncentration (ca. 97-98 %)och ej innehöll några korrosiva eller toxiska komponenter, och att detta till stor del beror påhur rötkammaren är hanterad i produktionsprocessen. Således väcktes frågor kring vilka defaktiska begränsningarna för CCU är, då de inte torde vara tekniska. CCU-tekniker som visadesig vara av särskilt intresse var pH-reglering av avloppsverk, CO2 som näringssubstratför odling av mikroalger, samt tillverkning av kolsyreis för kyltransporter. Samtliga dessatekniker har tillräckligt hög teknisk mognadsgrad för att kunna installeras i dagsläget. AndraCCU-tekniker, såsom ”Power to gas”, kräver en hög CO2-koncentration och avfärdades dålitteraturstudien inte talade för den ekonomiska potentialen i dessa eftersom de kräver ytterligareuppgraderingssteg för CO2. Således valdes istället CCU-tekniker som skulle gå attimplementera direkt med den befintliga CO2 kvalitén. Vidare drogs slutsatsen att en anledningtill att CCU-tekniker inte har blivit vida implementerade till stor del är interna hindermellan distributörer och tillverkare (eller utnyttjare) av CCU-tekniker. Således kan användandetav koldioxid från biogasproduktion och implementering av CCU-tekniker främjasgenom att eliminera hinder hos företag. I projektet yttrade sig detta som bristande ekonomiskaincitament och okunskap. Ett ökat användande av CCU-tekniker kan också uppnås genomatt införa lagar och regler som begränsar användandet av föråldrade tekniker som drivs avfossila bränslen, och som kan ersättas av klimatvänliga CCU-tekniker.

In this thesis, patterning methods to fabricate various functional particle patterns on substrates were developed, with the main aim of modifying the properties and functions of the substrates. Two classes of model substrates were selected; topographically patterned and smooth substrates. For the first model system, i.e., topographically patterned substrates, replication molding was used to topographically pattern substrates of different materials. The topographically patterned substrates, including TiO2, block-copolymer substrates (PS-b-P2VP and PS-b-P4VP), and microrings (TiO2 and Au), were then used to assemble silica (SiO2) microparticles for functional applications. By the assembly of microparticles on topographically patterned substrates, the wettability of the former could be reversibly switched from hydrophobic to hydrophilic. Moreover, a platform for the preparation of Janus particles by orthogonal functionalization of the top and bottom sides of microparticles assembled on topographically patterned substrates was developed. Clusters of superparamagnetic nanoparticles were stamped on the second class of model substrates, i.e., smooth silanized silicon substrates. A capillary stamping approach combined with an external permanent magnetic field or electromagnets was realized to print magnetic nanoparticle-based inks. In this way, ordered arrays of clusters of magnetic nanoparticles were produced.

Die 3D-Drucktechnologie bietet eine Möglichkeit zur digitalen Funktionalisierung textiler Substrate. Jedoch hemmen fehlende Grundlagen, die geringe Materialpalette für textile Anwendungen, hohe Investitionskosten und lange Druckzeiten den Einsatz in der Textilindustrie. Die Arbeit befasst sich mit verschiedenen Einflüssen auf die Haftfestigkeit von 3D-Druck-Textil-Verbunden. Zudem werden die Effekte der 3D-Druckschichten auf die Eigenschaften der Textilien ermittelt. Dafür werden vier Gewebe und zwei Gestricke durch drei Druckmodule mit drei thermoplastischen Filamenten, einem thermoplastischen Granulat sowie einem Silikonkautschuk bedruckt. Die Einflüsse der Faktoren Textilart, Faserstoff, Textilausrichtung, Textildicke und -oberfläche sowie die Druckmodule mit den verarbeitbaren Druckmaterialien werden experimentell untersucht. Die größten signifikanten Effekte auf die Haftfestigkeit hat die Materialwahl, wobei der Effekt des Druckmaterials größer ist als der Einfluss des Textils. Die Druckschichten beeinflussen die textilen Eigenschaften unterschiedlich stark. Die thermoplastischen Materialien erhöhen die breitenbezogene Biegesteifigkeit der Textilien je nach Druckmaterial und Schichtdicke. Das Zugverhalten der Substrate wird durch die Druckschichten bis auf einzelne Ausnahmen kaum beeinflusst. Die Abriebbeständigkeit der Textilien kann durch 3D-gedruckte Strukturen soweit erhöht werden, dass sie Scheuerversuchen mit erhöhten Anforderungen gegenüber Sandpapier standhalten. Insgesamt ergänzt die Arbeit den Forschungsstand um Erkenntnisse zum 3D-Druck auf Textilien mithilfe unterschiedlicher Druckmodule. Zur verwendbaren Materialpalette gehören auch in anderen Veredlungsprozessen verwendete Materialien. Beispiele und Druckmuster veranschaulichen Anwendungspotenziale in den Bereichen der Sport-, Arbeits- und technischen Textilien.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung 2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie 2.1.2 Sintern und Schmelzen 2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung 2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie 2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung 2.2.2 Textilmodifikation 2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand 2.3 Überblick zur Haftfestigkeit 2.4 Zielstellung 3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden 3.1 Versuchsanlage am STFI 3.1.1 Filamentextruder 3.1.2 Nadelventil 3.1.3 Dispensersystem 3.2 Materialien 3.2.1 Textile Substrate 3.2.2 Druckmaterialien 3.3 Versuchsplanung und -durchführung 3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter 3.3.2 Versuchsplanung 3.3.3 Prüfverfahren 3.4 Methoden der statistischen Auswertung 4 Untersuchung zur Haftfestigkeit 4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats 4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials 4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit 4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils 4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul 4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit 5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde 5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen 5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten 5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien 5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften 6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit 6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien 6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien 6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten 6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit 6.2 Einfluss auf das Zugverhalten 6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien 6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien 6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten 6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten 6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien 6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien 6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten 6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten 6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien 7 Bewertung der erzielten Ergebnisse 7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand 7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung 10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit 10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie 10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung 10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit 10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten 10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten / 3D printing technology offers an opportunity for digital functionalization of textile substrates. But lack of fundamentals, the small range of materials for textile applications, high investment costs and long printing times inhibit its use in the textile industry. This thesis addresses various influences on the adhesion strength of 3D printed textile composites. In addition, the effects of the 3D printed layers on the properties of the textiles are determined. For this purpose, four woven and two knitted fabrics are printed by three printing modules with three thermoplastic filaments, one thermoplastic granulate and one silicone rubber. The influences of the factors textile type, fiber material, textile orientation, textile thickness and surface as well as the printing modules with the processable printing materials are investigated experimentally. The greatest significant effects on adhesion are due to the choice of material, with the effect of the printing material being greater than the influence of the textile. The printing layers affect the textile properties to different degrees. The thermoplastic materials increase the width-related bending stiffness of the textiles depending on the printing material and layer thickness. With a few exceptions, the tensile behavior of the substrates is hardly affected by the printing layers. The abrasion resistance of the textiles can be increased by 3D-printed structures to such an extent that they can withstand abrasion tests with increased requirements compared to sandpaper. All in all, the work adds to the state of research knowledge on 3D printing on textiles using different printing modules. The range of materials that can be printed also includes materials used in other finishing processes. Examples and printed samples illustrate potential applications in the fields of sports, work and technical textiles.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung 2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie 2.1.2 Sintern und Schmelzen 2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung 2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie 2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung 2.2.2 Textilmodifikation 2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand 2.3 Überblick zur Haftfestigkeit 2.4 Zielstellung 3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden 3.1 Versuchsanlage am STFI 3.1.1 Filamentextruder 3.1.2 Nadelventil 3.1.3 Dispensersystem 3.2 Materialien 3.2.1 Textile Substrate 3.2.2 Druckmaterialien 3.3 Versuchsplanung und -durchführung 3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter 3.3.2 Versuchsplanung 3.3.3 Prüfverfahren 3.4 Methoden der statistischen Auswertung 4 Untersuchung zur Haftfestigkeit 4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats 4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials 4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit 4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils 4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul 4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit 5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde 5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen 5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten 5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien 5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften 6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit 6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien 6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien 6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten 6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit 6.2 Einfluss auf das Zugverhalten 6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien 6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien 6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten 6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten 6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien 6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien 6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten 6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten 6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien 7 Bewertung der erzielten Ergebnisse 7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand 7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung 10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit 10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie 10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung 10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit 10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten 10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten

Zehn unerforschte und natürliche Moore entlang der Flüsse Baker und Pascua in der Region Aysén, im chilenischen Patagonien, wurde untersucht, um Informationen über ihre Entstehung, Hydrologie, Geomorphologie, Stratigraphie, Ökologie und Wasser- und Kohlenstoffspeichervermögen zu gewinnen. Es wurden acht verschiedene ökologische Moortypen identifiziert und fünf Moortypen unterscheidbar durch ihr geohydromorphologisches Setting mit insgesamt elf verschiedenen organischen Moorsubstraten. Die gesammelten Information erlauben erste Abschätzungen der Torf-, Süßwasser- und Kohlenstoffmengen, die in den Mooren Ayséns gespeichert sind, sowie der jährlichen Torfakkumulationsraten. Die Moortypen und die in ihnen vorkommenden organischen Substrate wurden in einem geohydromorphologischen Klassifizierungssystem zusammengefasst, welches wichtige hydrologische, geomorphologische, ökologische, bodenkundliche und landschaftliche Parameter integriert. Forschung und Kommunikation über die chilenischen Moore sollen durch diese Arbeit unterstützt werden, um angemessene Monitoring Tools und partizipative Naturschutzstrategien zu entwickeln, die für die Erhaltung dieser Ökosysteme und ihrer Kreisläufe anwendbar sind. / Ten unexplored and pristine mires along the Baker and Pascua River Basins in Aysén, Chilean Patagonia, were examined, generating information about their origin, hydrology, geomorphology, stratigraphy, ecology, and carbon and water storage capacities. Eight mire types ecologically differentiable, associated with five main mire types separable by their hydrology and geomorphology were detected, as well as eleven organic substrate types forming mire soils. The information gathered allows for a first estimation of the peat, fresh water and carbon content stored in the mires of Aysén, as well as for an average growth and annual accumulation rate of the peat. Mire types and their associated substrates are systematized in a hydrogeomorphic classification system, integrating important landscape, hydrological, geomorphical, ecological and pedological components. Research and communication about mires in the Chilean Patagonia should be further supported to generate accurate monitoring tools and participative conservation strategies that are replicable for the preservation of these ecosystems and its balance.

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices. / Proteins are the end-products of gene interpretative machinery. Proteins serve essential roles in defining the structure, integrity and dynamics of the cell and mediate most chemical transformations needed for everything from metabolic catalysis to signal transduction. We know that the central dogma of molecular biology, one gene = one mRNA = one protein is a gross simplification and that a protein may do different things depending on the form in which its mRNA was spliced, how and where it is post-translationally modified, what conformational state it may be in or finally, which other proteins it may interact with. Formation of protein complexes may, themselves, be governed by the states in which proteins are expressed in specific cells, cellular compartments or under specific conditions or dynamic phases such has growth or division. Protein complexes involved in mitotic cell cycle regulation are particularly challenging to dissect since they could only form during specific phases of the cell cycle, are highly regulated by post-translational modifications and can be found in any subcellular compartments. To date, no general methods have been developed to allow fine dissection of these protein complexes. The goal of this thesis was to establish and demonstrate a novel strategy for dissecting protein complexes regulating the budding yeast Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) mitotic cell cycle. In this thesis, I describe my development and optimization of a simple survival-selection Protein-fragment Complementation Assay using the prodrug-converting enzyme, yeast cytosine deaminase as reporter (OyCD PCA). I further describe, in a series of proof of principle studies, applications of the OyCD PCA to dissect the mechanism of transcriptional activation by key mitotic transcription factors and to dissect protein-protein interactions (PPIs) among regulators of the mitotic cell cycle. A key feature of the OyCD PCA is that it can be used to detect both formation and disruption of PPIs by virtue of having positive readouts for both assays. I applied the OyCD PCA in a strategy to dissect interactions between the key transcription factors of the G1/S phase: SBF and MBF. These two heterodimeric transcription factors are composed of, respectively, two distinct DNA-binding subunits named Swi4 and Mbp1 and a common transcription activation subunit called Swi6. I took advantage of the dual selection by OyCD PCA to engineer a specific mutant of Swi6 in order to demonstrate the rewiring of a transcriptional network. We isolated Swi6 with mutations found in its C-terminal domain previously identified for binding Swi4 and Mbp1 and important for SBF and MBF activities. Our results support a model where Swi6 undergoes a conformational change upon binding to Swi4 or Mbp1. In addition, this Swi6 mutant was used to dissect the regulatory mechanism that governs the entry of S. cerevisiae to a new round of cell division also known as START. We found that the SBF and MBF repressor Whi5 directly binds to the C-terminal domain of Swi6. Finally, I applied the OyCD PCA to dissect the yeast cyclin dependent kinase Cdk1-protein complexes. Cdk1 is the essential kinase that regulates cell cycle progression and can phosphorylate a large number of different substrates by teaming up with one of nine cyclin regulatory proteins (Cln1-3, Clb1-6). I describe a strategy to identify interaction partners of Cdk1 that can easily be scaled up for a genome-wide screen and associate the complexes with the appropriate cyclin(s) required for mediating the interaction using the OyCD PCA and deletion of the cyclin genes. My results allow us to postulate which phase(s) of the mitotic cell cycle Cdk1 may phosphorylate proteins and what function potential or known substrates of Cdk1 may take on during that phase(s). For example, we identified the interaction between Cdk1 and the γ-tubulin (Tub4) to be dependent upon Clb3, consistent with its role in mediating nucleation and growth of mitotic microtubule bundles on the spindle pole body. This strategy can also be applied to study other PPIs that are contingent upon accessory subunits.

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices. / Proteins are the end-products of gene interpretative machinery. Proteins serve essential roles in defining the structure, integrity and dynamics of the cell and mediate most chemical transformations needed for everything from metabolic catalysis to signal transduction. We know that the central dogma of molecular biology, one gene = one mRNA = one protein is a gross simplification and that a protein may do different things depending on the form in which its mRNA was spliced, how and where it is post-translationally modified, what conformational state it may be in or finally, which other proteins it may interact with. Formation of protein complexes may, themselves, be governed by the states in which proteins are expressed in specific cells, cellular compartments or under specific conditions or dynamic phases such has growth or division. Protein complexes involved in mitotic cell cycle regulation are particularly challenging to dissect since they could only form during specific phases of the cell cycle, are highly regulated by post-translational modifications and can be found in any subcellular compartments. To date, no general methods have been developed to allow fine dissection of these protein complexes. The goal of this thesis was to establish and demonstrate a novel strategy for dissecting protein complexes regulating the budding yeast Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) mitotic cell cycle. In this thesis, I describe my development and optimization of a simple survival-selection Protein-fragment Complementation Assay using the prodrug-converting enzyme, yeast cytosine deaminase as reporter (OyCD PCA). I further describe, in a series of proof of principle studies, applications of the OyCD PCA to dissect the mechanism of transcriptional activation by key mitotic transcription factors and to dissect protein-protein interactions (PPIs) among regulators of the mitotic cell cycle. A key feature of the OyCD PCA is that it can be used to detect both formation and disruption of PPIs by virtue of having positive readouts for both assays. I applied the OyCD PCA in a strategy to dissect interactions between the key transcription factors of the G1/S phase: SBF and MBF. These two heterodimeric transcription factors are composed of, respectively, two distinct DNA-binding subunits named Swi4 and Mbp1 and a common transcription activation subunit called Swi6. I took advantage of the dual selection by OyCD PCA to engineer a specific mutant of Swi6 in order to demonstrate the rewiring of a transcriptional network. We isolated Swi6 with mutations found in its C-terminal domain previously identified for binding Swi4 and Mbp1 and important for SBF and MBF activities. Our results support a model where Swi6 undergoes a conformational change upon binding to Swi4 or Mbp1. In addition, this Swi6 mutant was used to dissect the regulatory mechanism that governs the entry of S. cerevisiae to a new round of cell division also known as START. We found that the SBF and MBF repressor Whi5 directly binds to the C-terminal domain of Swi6. Finally, I applied the OyCD PCA to dissect the yeast cyclin dependent kinase Cdk1-protein complexes. Cdk1 is the essential kinase that regulates cell cycle progression and can phosphorylate a large number of different substrates by teaming up with one of nine cyclin regulatory proteins (Cln1-3, Clb1-6). I describe a strategy to identify interaction partners of Cdk1 that can easily be scaled up for a genome-wide screen and associate the complexes with the appropriate cyclin(s) required for mediating the interaction using the OyCD PCA and deletion of the cyclin genes. My results allow us to postulate which phase(s) of the mitotic cell cycle Cdk1 may phosphorylate proteins and what function potential or known substrates of Cdk1 may take on during that phase(s). For example, we identified the interaction between Cdk1 and the γ-tubulin (Tub4) to be dependent upon Clb3, consistent with its role in mediating nucleation and growth of mitotic microtubule bundles on the spindle pole body. This strategy can also be applied to study other PPIs that are contingent upon accessory subunits.