Aufgrund der besonderen Materialeigenschaften von Graphen, können Graphen-basierte Antennen, bei gleicher Emissionsfrequenz, bis zu zwei Größenordnungen kleiner als metallische Antennen sein. Das bietet die Grundlage zur Integration von Antennen in modernen Technologien, wie Nanosensornetzwerken oder Rechnerarchitekturen mit hunderten oder tausenden parallel geschalteten Kernen. In dieser Arbeit werden die theoretischen, technologischen und experimentellen Grundlagen zur Realisierung Graphen-basierter Antennen beschrieben. Das erarbeitete theoretische Modell beschreibt die nötigen Voraussetzungen für eine funktionsfähige Antenne. Hierbei wird gezeigt, dass für eine funktionsfähige Graphen-Antenne eine gute Abstimmung zwischen Antennengeometrie und Materialqualität erfolgen muss. Es wurde ein technologischer Prozess etabliert, der die Herstellung von Graphen-Antennen sowie deren Charakterisierung ermöglicht. Durch Messungen wird gezeigt, dass neben dem Antenneneffekt auch Ladungsträger, die durch eine elektrische Vorspannung beschleunigt werden, zur THz-Emission beitragen. Zur Minimierung dieses Effektes wurde die Geometrie der Antennenstruktur angepasst. Um die Materialqualität zu erhöhen wurden des weiteren Proben hergestellt, bei denen entweder eine oder beide Seiten der Graphen-Antenne mit hexagonalen BorNitrid bedeckt sind. Messungen an diesen Antennen zeigen eine deutlich verstärkte THz-Emission durch die Konzentration des elektrischen Feldes zwischen den beiden Dipol-Antennenarmen. Abschließend werden diverse Möglichkeiten dargestellt um die Emission der Graphen-Antenne zu steigern. Diese Arbeit zeigt somit die erste THz-Emission einer Graphen-Antennenstruktur und präsentiert ausführliche theoretische, technologische und experimentelle Ergebnisse, die als Grundlage zur Realisierung einer funktionsfähigen Graphen-Antenne benötigt werden.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Die rapide Entwicklung der Terahertz-(THz)-Technologie während der letzten Jahre ermöglicht den Einsatz in verschiedensten Industriezweigen. Kunststoffe und Keramiken sind nahezu transparent für elektromagnetische Strahlung im THz-Bereich. Diese Eigenschaften prädestinieren diese Technologie für den Einsatz in der zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen aus Kunststoff. Gegenüber konventionellen Prüfverfahren, welche typischerweise mit Ultraschallwellen oder Röntgenstrahlung arbeiten, bietet die THz-Strahlung viele Vorteile. Trotzdem wurden besonders dreidimensional bildgebende Verfahren mit THz-Strahlung bisher nur rudimentär untersucht und bieten nur wenig Indiz für das Potenzial zum Einsatz im industriellen Umfeld.
Aus diesem Grund wurde ein THz-Tomografie System entwickelt und implementiert. Das System besteht aus einer Quelle und mehreren Empfängern um transmittierte sowie reflektierte Strahlung zu detektieren. Die Entwicklung optimierter THz-Optiken ermöglicht die effiziente Detektion der zu messenden Signale. Erste Versuche zur Bildrekonstruktion aus gemessenen Daten verwenden konventionelle Algorithmen, adaptiert von Röntgen- und Ultraschall-Verfahren und zeigen eine hohe Anzahl an Bildartefakten, welche hauptsächlich aus den nicht berücksichtigten Welleneigenschaften der THz-Strahlung resultieren. Aus diesem Grund wurde ein hybrider Algorithmus entwickelt, welcher die physikalischen Eigenschaften der THz-Strahlung berücksichtigt und damit wesentlich weniger Bildartefakte erzeugt.
Die Ergebnisse zeigen das enorme Potenzial der THz-Tomografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren in der Kunststoff-Industrie. Nicht nur Defekte wie Lufteinschlüsse und andere Verunreinigungen sondern auch Unterschiede in z. B. Füllstoff- und Feuchtegehalt können lokalisiert werden.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Terahertzsysteme wurden in der Vergangenheit für ein breites Feld von Anwendungen demonstriert. Neben der wissenschaftlichen Materialforschung zeigt die THz-Technik ein hohes Potential in verschiedenen Bereichen der industriellen Messtechnik. Aktuelle Entwicklungen haben die genutzten Systeme bezahlbar gemacht, verschiedene Studien haben vielversprechende Anwendungen in der Kunststoffverarbeitung und anderen industriellen Feldern gezeigt.
In der vorliegenden Arbeit werden aktuelle Entwicklungen industrietauglicher Terahertz-Systeme und mögliche Störeinflüsse im industriellen Einsatz diskutiert und verschiedene Anwendungsszenarien in der Elastomerverarbeitung vorgestellt. Neben grundlegenden Untersuchungen an den Materialien und ihrer Zusammensetzung werden Messungen an der Dispergiergüte in Elastomermischungen und eine Sonde zur Inline-Überwachung von Extrusionsprozessen zur Verbesserung der Materialprüftechnik demonstriert. Terahertz-Spektrometer werden als Werkzeug zur schnellen und genauen Fertigungsüberwachung empfohlen und bieten einen Echtzeit-Einblick in den Extrusionsprozess.
Aktualisiert: 2019-06-18
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