Die Einsparung komplexer und teurer Optiken zur Formung der stark asymmetrischen Pumpstrahlung von Laserdioden ist ein zentrales Forschungsthema im Bereich der Faserlasertechnologien. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde unter diesem Aspekt ein innovatives Konzept der Pumplichtzufuhr entwickelt und untersucht, welches auf einer Anordnung paralleler Quarzglaskantenwellenleiter beruht. Die gezielte Nutzung des Richtungskopplungseffekts von Pumpmodenfeldern innerhalb der passiven Kantenwellenleiter und der laseraktiven Glasfaser gewährleistet eine optische Anregung der Glasfaser über die Länge der passiven Strukturen hinaus. Das Konzept ist modular aufgebaut und erlaubt eine Leistungsskalierung des Faserlasers durch eine Erhöhung der Anzahl einzelner Kantenwellenleitermodule. Um die Beständigkeit optischer Systemkomponenten, wie bspw. der Glasfaserstirnfläche gegenüber hohen optischen Leistungen zu steigern, wurde ferner eine Technologie zur Erzeugung schmutzabweisender Glasoberflächen entwickelt. Auf Basis eines Plasmaätzprozesses erfolgte die selbstordnende Ausbildung einer spezifischen Nanostruktur auf dem Glas. Die behandelten Oberflächen zeigten Hydro- und Oleophobie, eine exzellente Partikelabweisung, sowie eine erhöhte spektral breitbandige Transmission.
Aktualisiert: 2021-04-16
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This thesis focusses on the application of solid state nuclear magnetic resonance (ssNMR) and dynamic nuclear polarization (DNP) to characterize functional materials. DNP enables to increase the sensitivity of ssNMR by several orders of magnitude which next to the measurements of 13C nuclei, allows measurements of 15N nuclei even in natural abundance. Therefore, ssNMR combined with DNP is used as a valuable tool for analyzing the chemical structure of inorganic-organic functional materials containing less surface functionalization or low specific surface areas and low sensitive nuclei. This approach is used to characterize a variety of materials including chemically modified cellulose, core-shell particle systems as well as thermosets.
In the first part of this thesis, materials based on cellulose are investigated using DNP enhanced 13C CP MAS to identify surface near functional groups. In addition, the binding of certain nitrogen containing functional groups is verified by DNP enhanced 15N CP MAS experiments on samples containing15N in natural abundance.
The second part of this work deals with the characterization of core-shell particle systems. Since these organic particles were functionalized with a silicon containing shell, 29Si CP MAS measurements, partially combined with DNP, are used in addition to 13C CP MAS measurements to examine the 29Si nuclei directly. Thus, it becomes feasible to characterize the cross-linking in the shell of core-shell particles with different alkoxysilane shells. Finally, this approach enables to characterize the binding of an allylhydidopolycarbosilane (SMP-10) to the core particles at a molecular level.
In the third part, ssNMR techniques are applied on cross-linked epoxy resins (thermosets) to identify their structure and chemical composition. The chemical components of the cross-linked network system are determined directly by using 13C CP MAS NMR. In addition to the basic components (resin and hardener) the analyses are also extended to phosphorus-containing flame retardants, which are characterized by 31P CP MAS NMR. Finally, the database created from these measurements is applied to commercially available systems to demonstrate their applicability for industrial purposes.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Technologie-Spezial des Anwenderkreises Atmosphärendruckplasma (ak-adp)
Im Rahmen der Aktivitäten des ak-adp ist eine Publikation zu atmosphärischen Plasmen erschienen.
Die Publikation besteht aus 23 Fachbeiträgen über Plasmen bei Normaldruck und gibt einen breiten Überblick zu laufenden Arbeiten. Dabei stehen Grundlagen, analytische Verfahren, technische Anwendungen und Forschungsaktivitäten in aktuellen wissenschaftlichen Arbeiten, industriellen Anwendungen und medizinischen Studien im Mittelpunkt.
Einführend wird auf Grundlagen der Anwendung von Plasmen für die Aktivierung und Beschichtung von Oberflächen, auf die Technologie des Plasmaspritzens, des plasmaelektrolytischen Polierens und auf die Simulation von Plasmaprozessen eingegangen.
Die Artikel im Analytik-Kapitel beschäftigen sich sowohl mit Möglichkeiten der Plasma-Prozessanalyse und Prozesskontrolle mittels Optischer Emissionsspektroskopie als auch mit der Charakterisierung der prozessierten Oberflächen durch Methoden zur Bestimmung der Haftung mittels Ritztest und Zentrifugalkraft-Abrisstest.
Technische Anwendungen werden aus den Bereichen der Haftungsverbesserung und speziell des Klebens, der funktionalisierenden Abscheidung von nano-Beschichtungen, des Korrosionsschutzes und der Herstellung antimikrobiell wirkender Oberflächen vorgestellt. Sie kommen u.a. aus der additiven Fertigung, der Funktionalisierung von Leiterplatten und textilen Materialien sowie der Medizintechnik.
Ein Kapitel zum aktuellen Stand der Forschungsarbeiten für die Anwendung atmosphärischer Plasmen in der Humanmedizin rundet den Technologie-Überblick ab. Im Mittelpunkt stehen hier Anwendungen in der Dermatologie, die Möglichkeiten der Nutzung plasma-aktivierter Medien und die Behandlung von Wundauflagen. Dabei wird auch auf die Regularien für die Zulassung von Plasmaquellen eingegangen.
Aktualisiert: 2021-06-11
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Die moderne Industrie ist ohne Schlüsseltechnologien wie die Mikrosystemtechnik und die Nanotechnologie heutzutage kaum mehr vorstellbar. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Erforschung von Mikro- und Nanopartikeln, die sich durch ein hohes spezifisches Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auszeichnen. Diese Eigenschaft ist vor allem für die Biowissenschaften und die Medizintechnik interessant, da sich diese Oberfläche funktionalisieren lässt. Speziell der Einsatz magnetischer mikroskopisch kleiner Kügelchen, Magnetic beads genannt, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum, das die Wissenschaft im Rahmen der Mikrofluidik erforscht. Dieses Buch beschreibt die Grundlagen mikrofluidischer Strömungen. Die Autorin gibt einen Überblick über verschiedene Fertigungstechnologien und Materialien für mikrofluidische Systeme und erläutert die Funktionsweise von mikrofluidischen Separationsverfahren unter Einsatz elektrischer und magnetischer Felder. In zwei Anwendungsbeispielen - von denen eines die Manipulation von Biomolekülen umfasst, während sich das zweite mit der Bindung metallischer Nanopartikel der Platingruppe beschäftigt - werden die Lerninhalte praktisch nachvollziehbar. Das Innovationspotential dieser Separationsverfahren zeigt sich vor allem in der aktuellen Debatte um das begrenzte natürliche Rohstoffvorkommen, da sich aus der Wiederabtrennung von Nanopartikeln eine völlig neue Recyclingmethode ergibt. Besonders Studenten der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie werden von der Lektüre dieses Buches profitieren, da es die Grundlagen mikrofluidischer Lab-on-a-Chip-Systeme vermittelt ohne spezielle Vorkenntnisse vorauszusetzen. Aber auch Ingenieure und Naturwissenschaftler in den Bereichen Nanotechnik, Mikrosysteme und Mikrofluidik können sich dank dieses Buches detailliert über die Einsatzmöglichkeiten der mikrofluidischen Separationsverfahren informieren.
Aktualisiert: 2023-04-02
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In dieser Arbeit werden verfahrens- und werkstofftechnische Grundlagen zum Lasermikropolieren metallischer Werkstoffe mit gepulster Laserstrahlung erarbeitet. Neben Untersuchungen zur Einstrahltechnik wird zusätzlich das Lasermikropolieren mittels Zweistrahltechnik betrachtet, bei dem die Oberfläche mit zusätzlicher kontinuierlicher Laserstrahlung vorgewärmt wird, sowie weiterhin die Lasermikropolitur dreidimensionaler Flächen untersucht.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Die Einsparung komplexer und teurer Optiken zur Formung der stark asymmetrischen Pumpstrahlung von Laserdioden ist ein zentrales Forschungsthema im Bereich der Faserlasertechnologien. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde unter diesem Aspekt ein innovatives Konzept der Pumplichtzufuhr entwickelt und untersucht, welches auf einer Anordnung paralleler Quarzglaskantenwellenleiter beruht. Die gezielte Nutzung des Richtungskopplungseffekts von Pumpmodenfeldern innerhalb der passiven Kantenwellenleiter und der laseraktiven Glasfaser gewährleistet eine optische Anregung der Glasfaser über die Länge der passiven Strukturen hinaus. Das Konzept ist modular aufgebaut und erlaubt eine Leistungsskalierung des Faserlasers durch eine Erhöhung der Anzahl einzelner Kantenwellenleitermodule. Um die Beständigkeit optischer Systemkomponenten, wie bspw. der Glasfaserstirnfläche gegenüber hohen optischen Leistungen zu steigern, wurde ferner eine Technologie zur Erzeugung schmutzabweisender Glasoberflächen entwickelt. Auf Basis eines Plasmaätzprozesses erfolgte die selbstordnende Ausbildung einer spezifischen Nanostruktur auf dem Glas. Die behandelten Oberflächen zeigten Hydro- und Oleophobie, eine exzellente Partikelabweisung, sowie eine erhöhte spektral breitbandige Transmission.
Aktualisiert: 2019-09-11
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Die moderne Industrie ist ohne Schlüsseltechnologien wie die Mikrosystemtechnik und die Nanotechnologie heutzutage kaum mehr vorstellbar. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Erforschung von Mikro- und Nanopartikeln, die sich durch ein hohes spezifisches Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auszeichnen. Diese Eigenschaft ist vor allem für die Biowissenschaften und die Medizintechnik interessant, da sich diese Oberfläche funktionalisieren lässt. Speziell der Einsatz magnetischer mikroskopisch kleiner Kügelchen, Magnetic beads genannt, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum, das die Wissenschaft im Rahmen der Mikrofluidik erforscht. Dieses Buch beschreibt die Grundlagen mikrofluidischer Strömungen. Die Autorin gibt einen Überblick über verschiedene Fertigungstechnologien und Materialien für mikrofluidische Systeme und erläutert die Funktionsweise von mikrofluidischen Separationsverfahren unter Einsatz elektrischer und magnetischer Felder. In zwei Anwendungsbeispielen - von denen eines die Manipulation von Biomolekülen umfasst, während sich das zweite mit der Bindung metallischer Nanopartikel der Platingruppe beschäftigt - werden die Lerninhalte praktisch nachvollziehbar. Das Innovationspotential dieser Separationsverfahren zeigt sich vor allem in der aktuellen Debatte um das begrenzte natürliche Rohstoffvorkommen, da sich aus der Wiederabtrennung von Nanopartikeln eine völlig neue Recyclingmethode ergibt. Besonders Studenten der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie werden von der Lektüre dieses Buches profitieren, da es die Grundlagen mikrofluidischer Lab-on-a-Chip-Systeme vermittelt ohne spezielle Vorkenntnisse vorauszusetzen. Aber auch Ingenieure und Naturwissenschaftler in den Bereichen Nanotechnik, Mikrosysteme und Mikrofluidik können sich dank dieses Buches detailliert über die Einsatzmöglichkeiten der mikrofluidischen Separationsverfahren informieren.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Kurzfassung
Um langzeitbeständige Klebungen unter Einsatzbedingungen mit klimatischen und mechanischen Einwirkungen zu ermöglichen, ist der Einsatz werkstoffspezifischer Oberflächenvorbehandlungsverfahren und deren experimentelle Beurteilung anhand von Beständigkeitsprüfungen nach heutigem Stand unerlässlich. Es gibt zahlreiche Vorbehandlungsmethoden, die sich in der Regel jedoch aus meist mehrstufigen Prozessschritten zusammensetzen. Haftvermittler bieten als chemisches Bindeglied zwischen dem Klebstoff und dem Fügeteil die Möglichkeit die Beständigkeit von Klebungen signifikant zu verbessern. Die Haftvermittleranwendung stellt jedoch als zusätzlicher Schritt der verfahrenstechnischen Vorbehandlungskette in vielen Anwendungsbereichen eine unerwünschte technologische bzw. wirtschaftliche Hürde dar. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Konzept für ein einstufiges Verfahren zur Reinigung und Haftvermittlung durch eine Kombination aus CO₂-Schneestrahlen und dem gleichzeitigen Auftrag eines Silan-Haftvermittlers entwickelt und erprobt.
Aktualisiert: 2023-01-27
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