Vibrationsförderer gehören zur Gruppe der Stetigförderer und werden branchenübergreifend sowohl zur Schütt- als auch zur Stückgutförderung eingesetzt. Das Förderorgan eines Vibrationsförderers versetzt ein darauf befindliches Fördergut mittels kleiner periodischer Vibrationen in eine gerichtete Bewegung. Diese Gutbewegung wird anhand der mittleren Fördergeschwindigkeit charakterisiert und stellt eine wichtige Dimensionierungsgröße dar. Gleichzeitig dient die mittlere Fördergeschwindigkeit, neben einem ruhigen Laufverhalten des Gutes, als Beurteilungskriterium der Güte eines Vibrationsförderers. Die fortschreitende Entwicklung bringt immer komplexere Geräte mit nahezu beliebigen zweidimensional ausgeformten Vibrationsbewegungen hervor, wobei diese gelegentlich auch unbeabsichtigt generiert werden. Die aus solchen Bewegungsformen resultierenden Fördergutreaktionen lassen sich mit bislang vorhandenen Berechnungsmodellen nicht beschreiben. Die vorliegende Arbeit untersucht die Einflüsse zweidimensionaler Bewegungsformen eines Förderorgans auf die daraus resultierende Gutbewegung bei Vibrationsförderern. Diesbezüglich wurde ein numerisches Berechnungsmodell entwickelt, experimentell verifiziert und mit der nach dem Stand der Technik geläufigen Berechnungsvorschrift verglichen. Das entwickelte Modell diente weiterhin als Basis theoretischer Untersuchungen, insbesondere für 2D-Bewegungsformen 1. Ordnung. Aus den Untersuchungsergebnissen konnte schließlich eine für den Anwender praktikable und erweiterte Berechnungsvorschrift abgeleitet werden. / Vibratory conveyors belong to the group of continuous conveyors and are inter-divisionally deployed for the conveyance of bulk and piece goods. The conveyor organ of a vibratory conveyor moves thereupon placed conveyed goods by means of small periodical vibrations in a directed movement. This movement of the goods is characterized via medium conveying speed and describes an important rating dimension. Next to a stable running performance of the goods, the medium conveying speed acts at the same time as an assessment criterion for the quality of a vibratory conveyor. The progressing development produces more and more complex devices with almost any two-dimensionally formed vibrating movements, which are, however, sometimes generated unintentionally. Reactions of conveying goods resulting from such movement patterns cannot be described with the so far existing analytical models. The dissertation at hand analyses the influence of two-dimensional movement patterns of a conveyor organ on the resulting movement of the goods when using vibratory conveyors. Concerning this matter, a numerical analytical model was developed, experimentally verified and, according to the calculation rule, compared to the state of the technology. The developed model provided furthermore a basis for theoretical research, here especially for 2D movement patterns of first order. Finally, a practicable and extended calculation rule could be deduced from the research results.

Microporous membranes act as selective barriers and play an important role in industrial gas separation and water purification. The permeability of such membranes is inversely proportional to their thickness. Synthetic two-dimensional materials (2DMs), with a thickness of one to a few atoms or monomer-units are ideal candidates for developing separation membranes. In this Progress Report, we present groundbreaking advances in the design, synthesis, processing, and application of 2DMs for gas and ion separations, as well as water desalination. After the introduction in Section 1, this report describes the syntheses, structures, and mechanical properties of 2DMs in Section 2. In Section 3, we will discuss the established methods for processing 2DMs into selective permeation membranes and address the separation mechanism and their performances. Finally, current challenges and emerging research directions, which need to be addressed for developing next generation separation membranes, are summarized in the Conclusion and Perspective.

Die Temperaturverhältnisse beim Ziehen und Wärmebehandeln von Draht werden mit mathematisch-analytischen Methoden auf der Grundlage der FOURIERschen Wärmeleitungsgleichung eingehend untersucht. Insbesondere wird unter den spezifischen Wärmeübergangsbedingungen zwischen Draht und Ziehdüse sowie zwischen Draht und Ziehtrommel deren thermische Wechselwirkung analysiert. Ein Näherungsverfahren zur Berechnung der Drahttemperaturen in Zugfolgen unter Berücksichtigung des Ziehdüseneinflusses wird angegeben und mit einem Beispiel zum Nassziehen stark verzinkten Stahldrahts illustriert. Aus geschwindigkeitsabhängig gemessenen Änderungen des Drahtdurchmessers werden unter thermoelastischer Ziehringdurchmesserkorrektur Schmierfilmdicken bestimmt. Diffusionsgleichungen werden analysiert und ein Zusammenhang zur Reaktionskinetik wird hergestellt. Ein neues reaktionskinetisches Werkstoffmodell, das insbesondere auch im Falle stärker anisothermer Verhältnisse, also bei Kurzzeitwärmebehandlung anwendbar ist, wird vorgestellt.

In this thesis we used ESR to investigate magnetic properties of low D vandium and copper oxides in which small quantum spins are arranged in 1D chains and 2D layers. The thesis covers five different low dimensional spin systems. They turned out to be experimental reliazation of some of the most intersiting theoritical models in the field of quantum magnetism.

Semiconducting two-dimensional (2D) materials have gained considerable attention in recent years owing to their potential in future electronics. On the one hand, the conventional 2D semiconductors, such as transition metal dichalcogenides (TMDCs (MoS2, WS2, etc.) are being exhaustively studied, on the other hand, search for novel 2D materials is at a rapid pace. In this thesis, we explore 2D materials beyond graphene and TMDCs in terms of their intrinsic electronic properties and underlying charge transport mechanisms. We introduce 2D semiconducting materials of indium selenide (InSe) and gallium selenide (GaSe), and a novel π-d conjugated Fe3(THT)2(NH4)3 metal-organic framework (MOF) as potential candidates for their use as active elements in (opto)electronic applications. Owing to the air-sensitivity of InSe and GaSe, their integration into active devices has been severely constrained. Here, we report a hexagonal boron nitride (hBN) based encapsulation, where 2D layers of InSe and GaSe are sandwiched between two layers of hBN; top hBN passivating the 2D layer from the environment and bottom hBN acting as a spacer and suppressing charge transfer to the 2D layer from the SiO2 substrate. To fabricate the devices from fully encapsulated InSe and GaSe layers, we employ the technique of lithography-free via-contacts, which are metal contacts embedded within hBN flakes. Based on our results, we find that full hBN encapsulation preserves InSe in its pristine form and suppresses its degradation with time. Consequently, the electronic properties of encapsulated InSe devices are significantly improved, leading to a mobility of 30–120 cm2 V−1 s−1 as compared to a mere ∼1 cm2 V−1 s−1 obtained for unencapsulated devices. In addition, encapsulated InSe devices are stable for a prolonged period of time, overcoming their limitation to be air-sensitive. On employing full hBN encapsulation to GaSe, a high photoresponsivity of 84.2 A W−1 at 405 nm is obtained. The full hBN encapsulation technique passivates the air-sensitive layers from various degrading factors and preserves their unaltered properties. In the future, this technique can be applied to other 2D materials that have been restricted so far in their fundamental study and applications due to their environmental sensitivity. MOFs are another emerging class of semiconducting 2D materials investigated in this thesis. They are hybrid materials that consist of metal ions connected with organic ligands via coordination bonds. In recent years, advances in synthetic approaches have led to the development of electrically conductive MOFs as a new generation of electronic materials. However, to date, poor mobilities and hopping-type charge transport dominant in these materials have prevented them from being considered for electronic applications. In this work, we investigate a newly developed π-d conjugated Fe3(THT)2(NH4)3 (THT: 2,3,6,7,10,11-hexathioltriphenylene) MOF. The MOF films are characterized with a direct bandgap lying in the infrared (IR) region. By employing Hall-effect measurements, we demonstrate band-like transport and a record-high mobility of 230 cm2 V−1 s−1 in Fe3(THT)2(NH4)3 MOF films. The temperature-dependent conductivity confirms a thermally activated charge carrier population in the samples induced by the small bandgap of the analyzed MOFs. Following these results, we demonstrate the feasibility of using this high-mobility semiconducting MOF as an active material in thin-film optoelectronic devices. The MOF photodetectors fabricated in this work are capable of detecting wavelengths from UV to NIR (400–1575 nm). The narrow IR bandgap of the active layer constrains the performance of the photodetector at room temperature by band-to-band thermal excitation of the charge carriers. At 77 K, the device performance is significantly improved; two orders of magnitude higher voltage responsivity, lower noise equivalent power, and higher specific detectivity of 7 × 10^8 cm Hz1/2 W−1 are achieved at 785 nm excitation, which is a direct consequence of suppressing the thermal generation of charge carriers across the bandgap. These figures of merit are retained over the analyzed spectral region (400–1575 nm) and are comparable to those obtained with the first demonstrations of graphene and black phosphorus based photodetectors, thus, revealing a promising application of MOFs in optoelectronics. / Zweidimensionale (2D) Halbleiter haben dank ihres Potenzials für elektronische Anwendungen in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erregt. Dabei werden einerseits konventionelle 2D-Materialien, wie die Übergangsmetall-Chalkogenide (TMDCs) (MoS2, WS2, usw.) intensiv erforscht. Andererseits schreitet auch die Suche nach neuen 2D-Materialien rasch voran. Diese Dissertation stellt Forschungsergebnisse zu elektrischen Eigenschaften und den zugrundeliegenden Ladungstransportmechanismen von 2D-Materialien jenseits von Graphen und TMDCs vor. Untersucht wurden die 2D-Halbleiter Indiumselenid (InSe) und Galliumselenid (GaSe), sowie eine neuartige π-d konjugierte Metallorganische Gerüstverbindung (Metal-Organic Framework, MOF) Fe3(THT)2(NH4)3. Diese Materialien sind vielversprechende Kandidaten für elektronische und optoelektronische Anwendungen. InSe und GaSe sind besonders luftempfindliche Materialien. Aus diesem Grund ist ihre Verwendung für aktive Bauteile trotz ihrer hervorragenden elektrischen Eigenschaften bis heute sehr begrenzt. In dieser Arbeit wird ein effektives Verkapselungsverfahren vorstellt, bei dem InSe- oder GaSe-2D-Schichten zwischen zwei Schichten aus hexagonalem Bornitrid (hBN) eingebettet werden. Die untere Schicht hBN isoliert das Material vom Substrat Siliziumdioxid (SiO2), während die obere Schicht das 2D-Material luftdicht isoliert. Um Bauteile aus komplett eingekapseltem InSe oder GaSe herzustellen, wurden lithographiefreie, sogenannte via-Kontakte hergestellt. Dies sind Metallkontakte, die bereits vor der Verkapselung in die hBN-Schichten integriert werden. Die hBN-Verkapselung erhält InSe in seiner ursprünglichen Form. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass sich die elektronischen Eigenschaften von InSe durch Verkapselung signifikant verbessern, was zu elektrischen Mobilitäten von 30–120 cm2 V−1 s−1 gegenüber nur rund ∼1 cm2 V−1 s−1 in unverkapselten Bauteilen führt. Darüber hinaus bleiben die Eigenschaften der verkapselten InSe-Bauteile über einen langen Zeitraum erhalten und degradieren nicht mehr bei Kontakt mit Luft. Die Verkapselung von GaSe ermöglicht den Einsatz in Fotodetektoren, bei einer Wellenlänge von 405 nm wird eine Fotoempfindlichkeit von 84.2 A W−1 gemessen; auch hier bewahrt die Verkapselung die empfindlichen Schichten vor schädlichen Einflüssen und konserviert so ihre unveränderten Eigenschaften. In der Zukunft kann diese Technik auch für andere 2D-Materialien eingesetzt werden, insbesondere für solche, deren Erforschung und Anwendung durch die große Empfindlichkeit bis heute eingeschränkt ist. Darüber hinaus untersucht diese Dissertation mit Metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) eine zweite Klasse halbleitender 2D-Materialien. MOFs sind hybride Materialien aus Metallionen, die mit organischen Molekülen als Verbindungselementen eine meist kristalline Struktur bilden. In den letzten Jahren haben Fortschritte in der synthetischen Herstellung zur Entwicklung von elektronisch leitfähigen MOFs geführt. Die niedrige Mobilität und der sogenannte hopping-Ladungstransport der gängigsten MOFs haben jedoch verhindert, dass diese für Anwendungen betrachtet wurden. In dieser Arbeit wird eine kürzlich neu entwickelte, π-d-konjugierte Fe3(THT)2(NH4)3 (THT: 2,3,6,7,10,11-hexathioltriphenylene) MOF vorgestellt. Der MOF Film hat eine direkte Bandlücke im Infrarot(IR)-Bereich liegend. Mithilfe von Hall-Effekt-Messungen wurde gezeigt, dass der Transport in den Fe3(THT)2(NH4)3 MOF Filmen mit dem Drude-Modell konsistent ist. Darüber hinaus wird eine bis jetzt nicht übertroffene Mobilität von 230 cm2 V−1 s−1 gemessen. Die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit bestätigt, dass die kleine Bandlücke zu thermisch aktivierten Ladungstragerdichten in den Proben führt. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird die Machbarkeit von hochmobilen halbleitenden Fe3(THT)2(NH4)3 MOFs als aktives Material in dünnen optoelektronischen Bauteilen gezeigt. Die hier vorgestellten MOF Fotodetektoren reagieren auf Wellenlängen im UV bis Nahinfrarotspektrum (400–1575 nm). Die schmale Bandlücke schränkt die Leistung des Fotodetektors bei Raumtemperatur durch thermische Band-zu-Band-Anregung der Ladungsträger ein. Bei einer Temperatur von 77 K verbessert sich die Leistung des Detektors signifikant: Bei 785 nm wird eine um zwei Größenordnungen erhöhte Spannungsempfindlichkeit, eine niedrigere äquivalente Rauschleistung sowie eine höhere spezifische Empfindlichkeit von 7 × 10^8 cm Hz1/2 W−1 erhalten. Dies ist eine direkte Konsequenz der Unterdrückung thermischer Anregung von Ladungsträgern über die Bandlücke. Diese Leistungszahlen sind über das analysierte Spektrum (400–1575 nm) gültig und vergleichbar mit den ersten Fotodetektoren auf Grundlage von Graphen und Schwarzem Phosphor. Die Ergebnisse zeigen deutlich das Potenzial von MOFs für optoelektronische Anwendungen.

The enrichment of heavy hydrogen isotopes (deuterium, tritium) is required to fulfill their increasing application demands, e.g., in isotope related tracing, cancer therapy and nuclear reaction plants. However, their exceedingly low natural abundance and the close resemblance of physiochemical properties to protium render them extremely difficult to be separated. In this thesis, we investigate hydrogen isotope transport and separation via layered and two-dimensional materials. Three different theoretical challenges are undertaken in this work: (1) identification of the transported hydrogen species (proton H+ or protium H atom) inside interstitial space of layered materials (hexagonal boron nitride, molybdenum disulfide and graphite) and elucidation of their transport mechanism; (2) separation of hydron (proton H+, deuteron D+, and triton T+) isotopes through vacancy-free graphene and hexagonal boron nitride monolayers; (3) capture of the extremely rare light helium isotope (3He) with atomically thin two-dimensional materials. In the case of hydrogen transport, the essential challenges are investigation of its mechanism as well as the identification of transported particles. Regarding the case of hydron isotope separation, the essential questions are whether or not pristine graphene is permeable to the isotopes, and how quantum tunneling and topological Stone-Wales 55-77 defects affect their permeation and separation through graphene. In the last case, to capture the light helium isotope, quantum tunneling, which favors the lighter particles, is utilized to harvest 3He using graphdiyne monolayer. Our results provide novel theoretical insights into hydrogen particle transport inside the interstitial space of van der Waals materials; they uncover the mechanism of hydron isotope separation through 2D graphene and hexagonal boron nitride monolayers; and they predict the influence of pure quantum tunneling on the enrichment of 3He through graphdiyne membrane.

Das Glioblastoma multiforme gehört zu den ZNS-Tumoren neuroepithelialen Ursprungs. Es zeichnet sich durch ein multiformes Zellbild, einen geringen Differenzierungsgrad und eine schnelle Krankheitsprogression aus. Trotz mikrochirurgischer Entfernung und anschließender Radiochemotherapie entwickeln die Patienten im Durchschnitt nach 7 Monaten einen Rezidivtumor und haben eine mittlere Überlebenszeit von 14,6 Monaten. Die Rezidivneigung stellt somit ein großes Problem in der Behandlung von Glioblastompatienten dar. In früheren Arbeiten konnte nachgewiesen werden, dass die Rezidivtumore eine andere Zellzusammensetzung und auch ein aggressiveres Wachstumsverhalten als deren Primärformen aufweisen. Ziel dieser Arbeit war es, zu prüfen ob mittels 2D-Gelelektrophorese und anschließender MALDI-TOF-Massenspektrometrie Unterschiede im Proteinexpressionsmuster zwischen Gewebeproben vom Primärtumor eines Glioblastoms WHO Grad IV und dem korrespondierendem Rezidivtumor eines Patienten detektierbar sind. Hierbei wurden 43 Proteine als differentiell exprimiert erkannt, von denen mit Hilfe der MALDI-TOF-Massenspektrometrie sechs genauer charakterisiert wurden. Vier der sechs Proteine waren im Rezidivtumor erhöht: EnoylCoA-Hydratase, ATP-Synthase Untereinheit d, Tropomyosin alpha-3-Kette Isoform 2 und Cathepsin D. Die anderen zwei waren im Rezidivtumor niedriger ausgeprägt: Nukleosid-Diphosphatkinase A und L-3-Phosphoserin-Phosphatase. Eine weitere Untersuchung mittels Western-Blot-Analyse bestätigte, dass Cathepsin D (als eines der sechs charakterisierten Proteine) tatsächlich auch in den Rezidivtumoren dreier weiterer Patienten stärker exprimiert war als in den korrespondierenden primären Glioblastomen.

Advanced supercapacitor electrodes require the development of materials with dense redox sites embedded into conductive and porous skeletons. Two-dimensional (2D) conjugated metal–organic frameworks (c-MOFs) are attractive supercapacitor electrode materials due to their high intrinsic electrical conductivities, large specific surface areas, and quasi-one-dimensional aligned pore arrays. However, the reported 2D c-MOFs still suffer from unsatisfying specific capacitances and narrow potential windows because large and redox-inactive building blocks lead to low redox-site densities of 2D c-MOFs. Herein, we demonstrate the dual-redox-site 2D c-MOFs with copper phthalocyanine building blocks linked by metal-bis(iminobenzosemiquinoid) (M2[CuPc(NH)8], M = Ni or Cu), which depict both large specific capacitances and wide potential windows. Experimental results accompanied by theoretical calculations verify that phthalocyanine monomers and metal-bis(iminobenzosemiquinoid) linkages serve as respective redox sites for pseudocapacitive cation (Na+) and anion (SO42–) storage, enabling the continuous Faradaic reactions of M2[CuPc(NH)8] occurring in a large potential window of −0.8 to 0.8 V vs Ag/AgCl (3 M KCl). The decent conductivity (0.8 S m–1) and high active-site density further endow the Ni2[CuPc(NH)8] with a remarkable specific capacitance (400 F g–1 at 0.5 A g–1) and excellent rate capability (183 F g–1 at 20 A g–1). Quasi-solid-state symmetric supercapacitors are further assembled to demonstrate the practical application of Ni2[CuPc(NH)8] electrode, which deliver a state-of-the-art energy density of 51.6 Wh kg–1 and a peak power density of 32.1 kW kg–1.

Two-dimensional polymers (2DPs) and their layer-stacked 2D covalent organic frameworks (2D COFs) are classes of structurally defined crystalline polymeric materials with exotic physical and chemical properties. Yet, synthesizing 2DP and 2D COF single crystals via irreversible reactions remains challenging. Here we report the synthesis of charged 2DP (C2DP) single crystals through an irreversible Katritzky reaction, under pH control, on a water surface. The periodically ordered 2DPs comprise aromatic pyridinium cations and counter BF4− anions. The C2DP crystals, which are composed of linked porphyrin and pyrylium monomers (C2DP-Por), have a tunable thickness of 2–30 nm and a lateral domain size up to 120 μm2. Single crystals with a square lattice (a = b = 30.5 Å) are resolved by imaging and diffraction methods with near-atomic precision. Furthermore, the integration of C2DP-Por crystals in an osmotic power generator device shows an excellent chloride ion selectivity with a coefficient value reaching ~0.9 and an output power density of 4 W m−2, superior to those of graphene and boron nitride.

Resistances in two-dimensional matrices can be measured by addressing individual sensors one by one using two multiplexers. Thereby, it is assumed that the injected measurement current flows only through the target sensor. Nevertheless, if no special precautions are taken, a part of the injected current may flow through other sensors and this can significantly affect the measurement accuracy. This so-called cross-talk effect is therefore crucial for the measurement of two-dimensional sensor matrices. One possible solution to overcome this problem is to use the short-circuiting method, which sets the same potentials on both sides of the non-target sensors and avoids thereby the cross-talk currents leading to an improvement of measurement accuracy. The short-circuiting method is widely used because it requires no addition of further components, like diodes or MOSFETS, into the matrix. Nowadays, most of the short-circuiting methods are designed for the measurement of purely resistive (e.g., the zero potential circuit driving by DC signals) or capacitive sensor matrices. Thereby, capacitive matrix measurement methods are mainly designed to realize a high scanning speed and do not focus on reducing measurement deviations as they are more conceived for touch screens. In this thesis, the development of accurate measurement methods is focused, to reduce the cross-talk effects in two-dimensional impedimetric sensor matrices, where both the real part and imaginary part of the impedance need to be accurately measured. A multi-row excitation strategy using AC signals having different frequencies is proposed to avoid DC deviations due to the non-ideal behavior of electronic components and to enable simultaneous impedance measurement of all sensors. First, a novel method is proposed, to enable a multiplexer-free simultaneous measurement of resistive sensors in the two-dimensional matrix. This method is named the AC - Zero Potential Circuit (AC-ZPC Type 0), and it is extended for the measurement of impedimetric sensors. Then, based on analytical investigations, two advanced methods are proposed to realize higher measurement accuracy. The first advanced method (AC-ZPC Type 1) corrects the deviations caused by the row interface impedance by introducing a column with reference elements and dispenses with the measurement of the row side excitation signals. The second advanced method (AC-ZPC Type 2) extends the basic AC-ZPC method further. It uses a voltage follower on the row input side to reduce the row interface impedance and introduces a row and a column with reference elements. This method reduces the deviations related to the non-ideal features of the column side amplifier circuits, including their input/output impedance, open-loop gain factor, leakage current, and load impedance. The evaluation of the three proposed methods is carried out first by simulations and then on a specially developed experimental platform. In the simulations, the measurement deviations achieved by the proposed methods are less than 0.005% for the impedimetric targets composed of parallel RC pairs in the range from 2 kΩ||362 pF to 100 kΩ ||$ 7 pF. The feasibility of these proposed methods has been validated by the experimental investigations. Thereby, the AC-ZPC Type 2 method has shown better accuracy than the AC-ZPC Type 1 method. For purely resistive targets in the range from 2 kΩ to 100 kΩ, the averaged absolute deviation of 0.087% is achieved by the AC-ZPC Type 2 method, which is 20% less than the DC-ZPC methods.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation / Widerstände in zweidimensionalen Matrizen können gemessen werden, indem einzelne Sensoren mit zwei Multiplexern angesprochen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der eingespeiste Messstrom nur durch den Zielsensor fließt. Ohne besondere Vorkehrungen kann jedoch ein Teil des eingespeisten Stroms durch andere Sensoren fließen, was die Messgenauigkeit erheblich beeinträchtigen kann. Dieser so genannte Übersprechungseffekt ist daher für die Messung von zweidimensionalen Sensormatrizen von entscheidender Bedeutung. Eine mögliche Lösung zur Überwindung dieses Problems ist die Kurzschlussmethode, bei der auf beiden Seiten der nicht zu messenden Sensoren die gleichen Potenziale angelegt werden und dadurch die Übersprechungsströme vermieden werden, was zu einer Verbesserung der Messgenauigkeit führt. Die Kurzschlussmethode ist weit verbreitet, da sie keine weiteren Komponenten, z.B. Dioden oder MOSFETS, in der Matrix erfordert. Heutzutage sind die meisten Kurzschlussverfahren für die Messung von rein resistiven (z.B. die Nullpotenzialschaltung, die durch Gleichstromsignale angetrieben wird) oder kapazitiven Sensormatrizen ausgelegt. Dabei sind kapazitive Matrixmessverfahren hauptsächlich auf eine hohe Messgeschwindigkeit ausgelegt und konzentrieren sich nicht auf die Reduzierung von Messabweichungen, da sie eher für Touchscreens konzipiert sind. In dieser Dissertation ist die Entwicklung präziser Messmethoden das Ziel, um die Übersprechungseffekte in zweidimensionalen impedimetrischen Sensormatrizen zu reduzieren, bei denen sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil der Impedanz genau gemessen werden müssen. Es wird eine mehrreihige Erregungsstrategie unter Verwendung von Wechselstromsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen vorgeschlagen, um Gleichstromabweichungen aufgrund des nicht idealen Verhaltens elektronischer Komponenten zu vermeiden und die gleichzeitige Impedanzmessung aller Sensoren zu ermöglichen. Zunächst wird eine neue Methode vorgeschlagen, die eine multiplexerfreie gleichzeitige Messung von Widerstandssensoren in einer zweidimensionalen Matrix ermöglicht. Diese Methode wird als AC-Nullpotenzialschaltung (AC-ZPC Typ 0) bezeichnet und für die Messung von impedimetrischen Sensoren erweitert. Anschließend werden auf der Grundlage analytischer Untersuchungen zwei fortschrittliche Methoden vorgeschlagen, um eine höhere Messgenauigkeit zu erzielen. Die erste fortschrittliche Methode (AC-ZPC Typ 1) korrigiert die durch die Impedanz der Reihenschnittstelle verursachten Abweichungen durch die Einführung einer Spalte mit Referenzelementen und verzichtet auf die Messung der reihenseitigen Anregungssignale. Die zweite fortgeschrittene Methode (AC-ZPC Typ 2) erweitert die grundlegende AC-ZPC Methode weiter. Sie verwendet einen Spannungsfolger auf der Reiheneingangsseite, um die Reihenschnittstellenimpedanz zu verringern, und führt eine Reihe und eine Spalte mit Referenzelementen ein. Diese Methode reduziert die Abweichungen, die mit den nicht idealen Eigenschaften der spaltenseitigen Verstärkerschaltungen zusammenhängen, einschließlich ihrer Eingangs-/Ausgangsimpedanz, des Open-Loop-Verstärkungsfaktors, des Leckstroms und der Lastimpedanz. Die Bewertung der drei vorgeschlagenen Methoden erfolgt zunächst durch Simulationen und dann auf einer speziell entwickelten Versuchsplattform. In den Simulationen liegen die mit den vorgeschlagenen Methoden erzielten Messabweichungen bei weniger als 0,005% für die aus parallelen RC-Paaren bestehenden impedimetrischen Ziele im Bereich von 2 kΩ||362 pF bis 100 kΩ ||$ 7 pF. Die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Methoden wurde durch die experimentellen Untersuchungen bestätigt. Dabei hat die AC-ZPC Typ 2 Methode eine bessere Genauigkeit als die AC-ZPC Typ 1 Methode gezeigt. Für rein resistive Ziele im Bereich von 2 kΩ bis 100 kΩ wird mit der AC-ZPC Typ 2-Methode eine gemittelte absolute Abweichung von 0.087% erreicht, was 20% weniger ist als bei den DC-ZPC-Methoden.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation