Sensitive polymers change their conformation in response to even a little change in the environmental conditions, e. g. temperature, pH value, concentration of a second component, or light. Crosslinking of these polymers and their swelling in water forms smart hydrogels (intelligent hydrogels). Different shapes and dimensions are possible: bulk gel, thin layers, intraor intermolecular crosslinked globular particles. Smart hydrogels display two important properties: Their volume (swelling degree) depends on the environment and can be switched between two states. The gels can thus be used as actuators. As the change in the gel properties is stimulated by changes in the environment, the gels can also be used as sensors. Smart hydrogels are suitable for applications in microsystems, and gel particles are potential carriers for drugs in the human body. / Umgebungssensitive Polymere ändern in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel dem Licht, der Temperatur, dem pH-Wert oder der Konzentration einer zweiten Komponente neben dem Polymer, drastisch ihre Molekülgestalt. Vernetzt und in Wasser gequollen, bilden sie sogenannte smarte Hydrogele. Dabei werden die Besonderheiten eines Makromoleküls, dessen Eigenschaften durch die Umgebung beeinflusst werden, auf ein polymeres Material übertragen. Dies kann ein großer Körper, eine dünne Schicht oder ein Nanopartikel sein. Das Volumen der smarten Hydrogele kann zwischen zwei Zuständen geschaltet werden. Dabei können die Hydrogele wie Aktoren eine Kraft ausüben. Da das Schalten durch die Umgebung stimuliert wird, sind sie als Sensoren verwendbar. Die Polymerstrukturen sind miniaturisierbar, sodass smarte Hydrogele als Komponenten in Mikrosystemen angewendet werden können. Zum Beispiel werden die Partikel zur kontrollierten Abgabe von Arzneimittelwirkstoffen verwendet.

Sensitive polymers change their conformation in response to even a little change in the environmental conditions, e. g. temperature, pH value, concentration of a second component, or light. Crosslinking of these polymers and their swelling in water forms smart hydrogels (intelligent hydrogels). Different shapes and dimensions are possible: bulk gel, thin layers, intraor intermolecular crosslinked globular particles. Smart hydrogels display two important properties: Their volume (swelling degree) depends on the environment and can be switched between two states. The gels can thus be used as actuators. As the change in the gel properties is stimulated by changes in the environment, the gels can also be used as sensors. Smart hydrogels are suitable for applications in microsystems, and gel particles are potential carriers for drugs in the human body. / Umgebungssensitive Polymere ändern in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel dem Licht, der Temperatur, dem pH-Wert oder der Konzentration einer zweiten Komponente neben dem Polymer, drastisch ihre Molekülgestalt. Vernetzt und in Wasser gequollen, bilden sie sogenannte smarte Hydrogele. Dabei werden die Besonderheiten eines Makromoleküls, dessen Eigenschaften durch die Umgebung beeinflusst werden, auf ein polymeres Material übertragen. Dies kann ein großer Körper, eine dünne Schicht oder ein Nanopartikel sein. Das Volumen der smarten Hydrogele kann zwischen zwei Zuständen geschaltet werden. Dabei können die Hydrogele wie Aktoren eine Kraft ausüben. Da das Schalten durch die Umgebung stimuliert wird, sind sie als Sensoren verwendbar. Die Polymerstrukturen sind miniaturisierbar, sodass smarte Hydrogele als Komponenten in Mikrosystemen angewendet werden können. Zum Beispiel werden die Partikel zur kontrollierten Abgabe von Arzneimittelwirkstoffen verwendet.

Die vorliegende kumulative Dissertation befasst sich mit der Entwicklung und Bewertung von Geschäftsmodellen für Werkstoffe unter besonderer Berücksichtigung der Nachhaltigkeit. Das in der Arbeit entwickelte Konzept soll einen Beitrag leisten, bereits frühzeitig im Entwicklungsprozess von Werkstoffen aussichtsreiche Anwendungsfelder zu identifizieren und erfolgversprechende Geschäftsmodelle nachhaltigkeitsorientiert zu entwerfen und zu bewerten.:Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis VII I. ÜBERBLICK DER EINGEBRACHTEN FACHBEITRÄGE VIII II. DACHBEITRAG 1 1. Einleitung 1 2. Werkstoffe und Geschäftsmodelle – Begriffliche und inhaltliche Grundlagen 4 2.1 Grundlagen der Entwicklung und Bewertung von Werkstoffen 4 2.2 Grundlagen der nachhaltigkeitsorientierten Entwicklung und Bewertung von Geschäftsmodellen 8 3. Anforderungen an die Entwicklung und Bewertung von Geschäftsmodellen für Werkstoffe 13 4. Konzept zur nachhaltigkeitsorientierten Entwicklung und Bewertung von Geschäftsmodellen für Werkstoffe 19 4.1 Gesamtkonzept 19 4.2 Zieldefinition und Strategiefestlegung 22 4.3 Nachhaltigkeitsorientierte Werkstoffentwicklung und -bewertung 25 4.4 Nachhaltigkeitsorientierte Geschäftsmodellentwicklung und -bewertung 32 4.5 Implementierung und Kontrolle 38 4.6 Kritische Würdigung des erstellten Konzepts 39 5. Strategische Geschäftsmodellbewertung am Beispiel faserkeramischer Bremsscheiben 41 6. Zusammenfassung und Ausblick 48 Literaturverzeichnis XI III. ANHANG XXII 1. Aufsatz 1 XXIII 2. Aufsatz 2 XXXIV 3. Aufsatz 3 LV 4. Aufsatz 4 LXVIII 5. Aufsatz 5 LXXXIX

Das 3. Dresdner Werkstoffsymposium wurde am 6./7. Dezember im Westin Bellevue Hotel Dresden abgehalten. Das Thema lautete "Werkstoffoberflächen für Mensch und Technik".

Im Volltext enthalten sind alle Abstracts der Posterbeiträge, die im Rahmen des 3. Dresdner Werkstoffsymposium präsentiert wurden.

Im Volltext enthalten sind ausgewählte Abstracts der Vorträge, die im Rahmen des 3. Dresdner Werkstoffsymposium gehalten wurden.

Der Untersuchung der Heißwasserkorrosion wird mit Hinblick auf ihre praktische Bedeutung in der Chemie- und Kraftwerksindustrie ein großes Interesse gewidmet. Bei dem Betrieb von KKW- Druckwasserreaktoren stellen die häufig auftretenden Verfügbarkeitseinschränkungen bzw. nötigen Erneuerungen von Dampferzeugern (DE) aufgrund von korrosiven Schädigungen der Nadelrohre ein weltweites Problem dar /1/. Dampferzeugernadelrohre, die Primär- und Sekundärkreislauf trennen, sind wegen ihrer geringen Wandstärke (1,4 mm) die einen möglichst großen Wärmeübergang realisieren soll, eine besondere Schwachstelle im System /2/.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Umschnürung von gedrungenen Stahlbetonstützen mittels Kohlefasergelegen. Die durch Epoxidharz mit dem Altbeton verbundenen Kohlefasern (CFK-Umschnürung) bewirken hierbei eine starke Behinderung der Querdehnung des Betons, wodurch dieser in einen dreidimensionalen Spannungszustand versetzt wird. Die Betondruckfestigkeit kann dadurch nachträglich deutlich gesteigert und das Verformungsverhalten positiv beeinflusst werden. Forschungsaufgabe war es, Wissenslücken und aufgeworfene Fragen, die sich aus einer intensiven Literaturrecherche zur Thematik ergaben, zu schließen und einen eigenen Bemessungsansatz zu entwickeln. Hierzu wurden Beton- und Stahlbetondruckglieder mit verschiedenen Abmessungen und Durchmessern sowie unterschiedlichen Längs- und Querbewehrungsgehalten hergestellt. Danach erfolgte die Umschnürung dieser Prüfkörper mit verschiedenen CFK-Materialien in variierenden Dicken und anschließende Bauteiltests in Form von weggesteuerten Druckversuchen. Neben dem Materialverhalten konnten mittels elektrischen Messsystemen, wie z. B. induktiven Wegaufnehmern sowie auf den Prüfkörpern aufgebrachten Dehnungsmessstreifen, auch die Versagenszustände zuverlässig bestimmt werden. Die Auswertung und Interpretation der gewonnenen Daten mündete in empirischen Gleichungen zur Beschreibung der maximalen Druckfestigkeit und Dehnung von CFK-umschnürten Bauteilen aus unbewehrtem oder bewehrtem Beton. Darüber hinaus konnten Aussagen zur tatsächlichen Bruchdehnung der eingesetzten Kohlefasern getroffen und entsprechende Abminderungsfaktoren abgeleitet werden. Unter Berücksichtigung der Datenreihen anderer Forschergruppen wurde die eigene Datenbasis vergrößert und die gewonnenen Erkenntnisse bestätigt. Als Ergebnis steht ein empirischer Bemessungsansatz zur Verfügung, der Bemessungsgleichungen zur Querschnittstragfähigkeit und zugehörigen Dehnung von CFK-umschnürten unbewehrten und bewehrten kreisrunden Stützenquerschnitten bietet. Darüber hinaus können Spannungs-Dehnungs-Beziehungen hergeleitet werden. Durch die Entwicklung von charakteristischen Bemessungsgleichungen gelingt eine einfache Implementierung in bestehende Sicherheitskonzepte. Das entwickelte Modell oder Teile davon eignen sich zur Verwendung in den zur Entstehungszeit der Dissertation vorhandenen Bemessungsvorschriften oder können zu deren Verbesserung herangezogen werden. / This thesis deals with the confinement of short reinforced concrete (RC) columns by carbon-fibre-sheets (CF sheet). In doing so, the connection of concrete surface and CF sheet is enabled by an epoxy resin (CFRP confinement). Thereby, concrete’s lateral expansion is efficiently restricted in cases of imposed axial compressive deformation; therefore, the elastic CFRP resisting response generates an ever increasing lateral compressive stress state on concrete, leading to structural upgrade of the member core to provide a remarkable higher concrete strength and sufficient deformability. Research assignment was to solve open-ended questions and knowledge gaps, which unfolded during an intense literature review, and to present an own proposal of a material model. For this, plain and reinforced concrete columns with different geometrical shape, variable diameter, and different longitudinal and transverse reinforcement elements were produced, and were confined with different CF sheets in variable thickness. Executed deformation controlled compression tests provided investigations concerning the structural behaviour of the test specimens, and electrical measurement techniques such as LVTD and strain gauges enabled a sufficient monitoring of failure modes. The evaluation and interpretation of the received data resulted in empirical equations to predict the ultimate strength and accompanying ultimate axial strain of CFRP confined columns with and without reinforcement. Furthermore, the tests allowed conclusions concerning the rupture strain of the deployed CFRP confinements, and leaded to FRP efficiency factors, capable to predict the actual ultimate strain of the reinforcing fibres. Further data bases, which are available in literature, confirmed the own proposals. As a result, this thesis provides an empirical material model, which deals with proper design equations to predict the load bearing capacity and the deformability of CFRP confined plain and reinforced circular concrete columns. Moreover, it is possible to generate entire stress-strain curves in axial direction. Developed characteristic equations and values allow an easy implementation in existing limit state concepts. The developed model or parts of it are sufficient to be implemented in design guidelines, or they may help to enhance them.

Das 3. Dresdner Werkstoffsymposium wurde am 6./7. Dezember im Westin Bellevue Hotel Dresden abgehalten. Das Thema lautete "Werkstoffoberflächen für Mensch und Technik".

Die Entwicklung neuartiger Hydrogel-basierter Sensorsysteme, die in der Lage sind den Quellgrad eines Hydrogels mittels eines Hall Sensors zu bestimmen, erfordert Gele, die über ein starkes magnetisches Feld verfügen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung eines Stimuli-responsiven Hydrogels, welches mit einer hohen Konzentration an magnetischen Nanopartikeln beladen ist. Dazu wird ein Temperatur-sensitives Gel basierend auf Poly(N-Isopropylacrylamid) mittels Laponite® XLS vernetzt. Ein solches Nanokomposit-Hydrogel zeigt höhere Quellgrade und bessere mechanische Eigenschaften als Gele, die N,N‘-Methylenbisacrylamid als chemischen Vernetzer nutzen. Reine Chrom(IV)-oxid-, Magnetit-, Cobaltferrit und Strontiumferrit-Partikel werden während der Synthese in das Gel eingebracht. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird mittels eines konstanten Argonstroms erhöht, so dass keine Sedimentation stattfindet. Auf diese Weise kann eine homogene Verteilung der Partikel erzielt werden. Die Oberfläche der Partikel wurde weiterhin mit 3 (Trimethoxysilyl)propylmethacrylat beschichtet, um sie in das Polymernetzwerk einzubinden. Der Einfluss unterschiedlicher Beladungen auf die Quellung und mechanischen Eigenschaften der Gele wird untersucht. Zusätzlich wurden Stärke- und Ölsäure-beschichtete Magnetit-Partikel in das Netzwerk eingebracht, um den Effekt stabilisierender Beschichtungen auf das Gel zu untersuchen. Die Hydrogel-Synthese wurde ebenfalls in einem magnetischen Feld durchgeführt, um die magnetischen Nanopartikel dauerhaft im Netzwerk auszurichten. Dies führte zur Bildung großer stabartiger Agglomerate, die sich über die gesamte Länge des Gels erstrecken. Der Einfluss dieser anisotropen Verteilung auf die mechanischen Eigenschaften wurde mittels Kompressionsmessungen untersucht. Weiterhin wurde ein neuartiges Doppelnetzwerk bestehend aus Poly(2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure) und Poly(N-Isopropylacrylamid) entwickelt. Das Gel zeigt eine hohe mechanische Festigkeit, die mit Poly(2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure)/Polyacrylamid-DN-Gelen vergleichbar ist und zeigt Stimuli-induzierte Entquellung durch Erhöhung der Temperatur und Ionenkonzentration. Solche Gele wurden außerdem durch in-situ Präzipitation mit Magnetit-Partikeln modifiziert. Der Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften wird anhand von Zugversuchen untersucht.:Danksagung I Kurzfassung II Abstract III Abkürzungen und Formelzeichen VI I. Theoretischer Teil 1 1. Einleitung 1 2. Problemstellung und Zielsetzung 2 3. Theorie 4 3.1. Hydrogele 4 3.1.1. Hydrogelsynthese 5 3.1.2. Quelleigenschaften von Hydrogelen 10 3.2. Stimuli-responsive Hydrogele 15 3.2.1. Temperatur- und lösungsmittel-sensitive Hydrogele 16 3.2.2. Ionen- und pH-sensitive Hydrogele 21 3.3. Nanokomposit-Hydrogele 22 3.3.1. Nanokomposit-Hydrogele basierend auf Schichtsilikaten 24 3.3.2. Doppelnetzwerk-Hydrogele 28 3.3.3. Ferrogele 30 II. Synthese und Methoden 34 4. Synthese 34 4.1. Nanosilkat-Hydrogele 35 4.2. Nanosilkat-Ferrogele 35 4.3. Beschichtung von magnetischen Nanopartikeln mit TMSPMA 36 4.4. Ferrogele im Magnetfeld 36 4.5. PAMPS/PAAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 36 4.6. PAMPS/PNIPAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 37 4.7. In-situ-Präzipitation von Magnetit in PAMPS/PNIPAM-DN-Gelen 37 5. Charakterisierungsmethoden 38 5.1. Quellungsmessung 38 5.2. Kompression 38 5.3. Zugversuch 38 5.4. Vibrating Sample Magnetometer 39 5.5. Trübungsmessungen 39 5.6. Thermogravimetrie 39 5.7. Infrarotspektroskopie 40 5.8. Dynamische Lichtstreuung 40 III. Ergebnisse und Diskussion 41 6. Ferrogelsynthese 41 6.1. Modifizierung von Nanosilikat-Gelen mit magnetischen Nanopartikeln 42 6.2. Modifizierung von Nanokomposit-Gelen mit Stärke-beschichteten Fe3O4-Partikeln 46 6.3. Oberflächenmodifizierung magnetischer Nanopartikel mittels TMSPMA 50 6.4. Modifizierung von Nanokomposit-Gelen mit beschichteten Nanopartikeln 52 6.5. Synthese von Ferrogelen im Magnetfeld 52 7. Charakterisierung von Ferrogelen 54 7.1. Quellgrad von Ferrogelen aus dem trockenen Zustand 54 7.2. LCST-Verhalten von Ferrogelen 58 7.3. Mechanische Eigenschaften 62 8. Doppelnetzwerk-Hydrogel-Synthese 69 8.1. PAMPS/PAAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 69 8.2. PAMPS/PNIPAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 70 8.3. Temperatur-responsive Eigenschaften von PAMPS/PNIPAM-DN-Gelen 75 8.4. Einfluss der Ionenstärke auf das Quellverhalten 77 8.5. In-situ Präzipitation von Magnetit in PAMPS/PNIPAM-DN-Gelen 79 IV. Zusammenfassung und Ausblick 82 V. Literaturverzeichnis 86 Lebenslauf 91 Veröffentlichungen 93 Selbstständigkeitserklärung 94 / Developing new hydrogel based sensor systems that can measure the degree of swelling of a gel through the Hall Effect requires hydrogels emitting strong magnetic fields. The PhD thesis presented here focuses on the development of a stimuli-responsive hydrogel containing high concentrations of magnetic nanoparticles. For this purpose, temperature sensitive gels consisting of poly(N isopropylacrylamide) cross-linked with Laponite® XLS are used for their improved mechanical properties and high degree of swelling compared to chemically cross-linked hydrogels using N,N‘ methylenebisacrylamide. Pure chromium(IV) oxide, magnetite, Cobalt ferrite and strontium ferrite particles are added during the synthesis and homogeneously distributed by accelerating the reaction through the use of a constant argon flow. These particles were coated with 3 (trimethoxysilyl)propyl methacrylate to connect them to the polymer network. The effects of various particle loads on the swelling behavior and mechanical properties are investigated. Furthermore magnetite particles coated with starch and oleic acid are introduced into the system to study the effects of stabilizing coatings on the network. The hydrogel synthesis was also performed in a magnetic field to permanently align the magnetic particles in the network. This resulted in large rod-like agglomerations that span the entire length of the hydrogel. Compression measurements were performed to study the effects of a purposefully introduced anisotropic particle distribution. Additionally a new type of double network hydrogel was developed consisting of poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) and poly(N-isopropylacrylamide). The gel exhibits tough mechanical properties similar to poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid)/polyacrylamide DN-gels while showing stimuli-induced deswelling through temperature and ion concentration. Such gels were further modified with magnetite nanoparticles obtained through in-situ precipitation inside the network. The effects of the nanoparticle load on the mechanical properties are studied via tensile testing.:Danksagung I Kurzfassung II Abstract III Abkürzungen und Formelzeichen VI I. Theoretischer Teil 1 1. Einleitung 1 2. Problemstellung und Zielsetzung 2 3. Theorie 4 3.1. Hydrogele 4 3.1.1. Hydrogelsynthese 5 3.1.2. Quelleigenschaften von Hydrogelen 10 3.2. Stimuli-responsive Hydrogele 15 3.2.1. Temperatur- und lösungsmittel-sensitive Hydrogele 16 3.2.2. Ionen- und pH-sensitive Hydrogele 21 3.3. Nanokomposit-Hydrogele 22 3.3.1. Nanokomposit-Hydrogele basierend auf Schichtsilikaten 24 3.3.2. Doppelnetzwerk-Hydrogele 28 3.3.3. Ferrogele 30 II. Synthese und Methoden 34 4. Synthese 34 4.1. Nanosilkat-Hydrogele 35 4.2. Nanosilkat-Ferrogele 35 4.3. Beschichtung von magnetischen Nanopartikeln mit TMSPMA 36 4.4. Ferrogele im Magnetfeld 36 4.5. PAMPS/PAAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 36 4.6. PAMPS/PNIPAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 37 4.7. In-situ-Präzipitation von Magnetit in PAMPS/PNIPAM-DN-Gelen 37 5. Charakterisierungsmethoden 38 5.1. Quellungsmessung 38 5.2. Kompression 38 5.3. Zugversuch 38 5.4. Vibrating Sample Magnetometer 39 5.5. Trübungsmessungen 39 5.6. Thermogravimetrie 39 5.7. Infrarotspektroskopie 40 5.8. Dynamische Lichtstreuung 40 III. Ergebnisse und Diskussion 41 6. Ferrogelsynthese 41 6.1. Modifizierung von Nanosilikat-Gelen mit magnetischen Nanopartikeln 42 6.2. Modifizierung von Nanokomposit-Gelen mit Stärke-beschichteten Fe3O4-Partikeln 46 6.3. Oberflächenmodifizierung magnetischer Nanopartikel mittels TMSPMA 50 6.4. Modifizierung von Nanokomposit-Gelen mit beschichteten Nanopartikeln 52 6.5. Synthese von Ferrogelen im Magnetfeld 52 7. Charakterisierung von Ferrogelen 54 7.1. Quellgrad von Ferrogelen aus dem trockenen Zustand 54 7.2. LCST-Verhalten von Ferrogelen 58 7.3. Mechanische Eigenschaften 62 8. Doppelnetzwerk-Hydrogel-Synthese 69 8.1. PAMPS/PAAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 69 8.2. PAMPS/PNIPAM-Doppelnetzwerk-Hydrogele 70 8.3. Temperatur-responsive Eigenschaften von PAMPS/PNIPAM-DN-Gelen 75 8.4. Einfluss der Ionenstärke auf das Quellverhalten 77 8.5. In-situ Präzipitation von Magnetit in PAMPS/PNIPAM-DN-Gelen 79 IV. Zusammenfassung und Ausblick 82 V. Literaturverzeichnis 86 Lebenslauf 91 Veröffentlichungen 93 Selbstständigkeitserklärung 94