Im Bereich der Biomedizin werden Nanopartikel in Form von Kontrastmitteln oder Wirkstoffträgersystemen
bereits routinemäßig eingesetzt. Durch ihre größenbasierten Eigenschaften
können die Partikel im Zielgewebe systematisch akkumulieren (z.B. nach magnetischer
Zielführung) und dort sensitive Diagnoseverfahren oder auch effiziente Therapiekaskaden
realisieren. Insbesondere eine Kombination von anorganischen Nanopartikeln (bspw.
superparamagnetische Eisenoxidnanopartikel, FexOyNP) mit organischen Molekülen und
Strukturen (Wirkstoffe, Antikörper etc.) bietet die Möglichkeit zur Entwicklung innovativer
nanopartikulärer Hybridsysteme mit multifunktionellen Eigenschaften.
In der vorliegenden Dissertation wurden neue Ansätze zur Herstellung und biomedizinischen
Anwendung von insgesamt vier verschiedenartigen organisch-anorganischen Nanohybridpartikeln
etabliert. Hierfür wurden zunächst Indiumphosphid/Zinksulfid-Quantenpunkte
(InP/ZnS-QDs) sowie FexOyNP und Goldnanopartikel (AuNP) mittels nasschemischer Verfahren
erzeugt. Die Herstellung des ersten Hybridpartikelsystems erfolgte über eine selektive
Ankopplung von FexOy- und AuNP an einen Alzheimer-Biomarker. Neben einer sensitiven ex
vivo Biomarkerdetektion mittels oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS) wurde
ein detailliertes Prozessverständnis durch umfassende Untersuchung der Synthese- und
Funktionalisierungsschritte anhand unterschiedlicher Analysemethoden erreicht. Drei weitere
Nanohybride wurden durch gleichzeitige Einkapselung von superparamagnetischen FexOyNP
mit jeweils einer weiteren Komponente (therapeutische RNA, fluoreszierende InP/ZnS-QDs
oder plasmonische AuNP) in organische Nanovesikel (Niosome) hergestellt und für eine in
vitro Anwendung zu verschiedenen Krebszelllinien appliziert. Das RNA-beladene superparamagnetische
Hybridnanopartikel konnte durch erhöhte zelluläre Internalisierung mittels
magnetischer Zielführung eine effiziente RNA-gestützte Chemotherapie ermöglichen. Durch
Einkapselung der InP/ZnS-QDs und FexOyNP konnte ein weiterer Nanohybrid als Fluorophor
sowie auch als Kontrastmittel eingesetzt werden. Das vierte Hybridnanopartikel erlaubte nach
postsynthetischer magnetischer Aufreinigung eine sensitive SERS-basierte Diagnostik. Als
Applikationsplattform bewirkten die Niosome ein verbessertes Anwendungspotential durch
den Schutz der eingeschlossenen Komponenten vor einem Funktionalitätsverlust infolge
unterschiedlicher in vitro Einflüsse (z.B. Azidität). In ergänzenden Untersuchungen wurde zur
ressourceneffizienten Herstellung eines niosomalen Wirkstoffträgersystems eine Syntheseroute
mittels einer kommerziellen mikrofluidischen Apparatur entwickelt.
Bei den unterschiedlichen nanopartikulären Formulierungen wurden wesentliche
physikalische, chemische und biologische Zusammenhänge zwischen den eingesetzten
Substanzen, der Prozesskette und dem resultierenden Partikelsystem analysiert. Folglich
wurden grundsätzliche Herstellungs- und Anwendungsstrategien für nanopartikuläre Hybridsysteme
abgeleitet und diskutiert.
Aktualisiert: 2023-06-08
> findR *
Die Themen Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit erfahren durch den sich seit Jahren vollziehenden Klimawandel eine steigende Aufmerksamkeit. Politik, Wissenschaft und Industrie sind gefordert, umweltgerechte Produktentwicklungen
zu fokussieren und stetig voranzutreiben. Innerhalb der Automobilindustrie wird neben bzw. mit der Revolutionierung der Antriebstechnologien die Entwicklung nachhaltiger Leichtbaumaterialien verfolgt. Hier bieten naturfaserverstärkte Kunststoffe die Möglichkeit zum umweltgerechten Leichtbau im Auto. Dabei nehmen die aus Naturfasern und Kunststoff bestehenden Verbundwerkstoffe durch ihre Faser-Matrix-Kombination eine besondere Stellung ein. Durch die vergleichsweise niedrige Dichte der Naturfasern ist es möglich, naturfaserverstärkte Kunststoffe zu generieren, die im Vergleich mit konventionellen Verbundwerkstoffen vorteilhafte mechanisch-physikalische Werkstoffeigenschaften aufweisen.
Das Forschungsziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, durch die Untersuchung neuartiger Kunststoffsysteme und Naturfasern sowie der Optimierung der entsprechenden Herstellungsprozesse zur Effizienzsteigerung naturfaserverstärkter
Verbundwerkstoffe im automobilen Leichtbau beizutragen. Die Forschungsarbeiten erfolgten insbesondere unter Aspekten der anwendungsorientierten Entwickung und im Hinblick auf die Maximierung des Naturfaseranteils im Werkstoff, einer Minimierung der Werkstoffrohdichte sowie der Produktionskosten, unter Einhaltung der bauteilspezifischen Anforderungen seitens des Original Equipment Manufactures (OEM) an den Werkstoff.
Zum Erreichen dieser Ziele wurden innerhalb der Arbeit sieben Studien zur Effizienzsteigerung von naturfaserverstärkten Kunststoffen durchgeführt. Innerhalb dieser wurde eine Charakterisierung der Ausgangsmaterialien vorgenommen und
deren Einflüsse auf die Werkstoffeigenschaften betrachtet. Hierbei kamen Naturfasern (Hanf-, Flachs-, Kenaf- und Holzfasern) und Kunststoffe (Polyurethan und verschiedene Acrylate) zum Einsatz. Zudem wurden Werkstoffe aus einem spezifizierten
Naturfasernadelvlies aus Hanf und Kenaf unter Variierung der Bindemittelmenge der verwendeten Matrixsysteme und der Rohdichte hergestellt und analysiert. Anschließend wurden Optimierungen der Werkstoffe im Hinblick auf
die Werkstoffeigenschaften und Prozesstechnologien durchgeführt sowie durch die Herstellung von Demonstratorbauteilen deren Praxistauglichkeit für die Automobilindustrie erprobt.
Aktualisiert: 2023-06-01
> findR *
Bei der Steigerung der Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Lithium-Ionen-
Batterien (LIBs) stellt insbesondere der Eintrag von Wasser während der Produktion
eine große Herausforderung dar. Zu hohe Restfeuchten in LIB-Zellen
können zu drastisch eingeschränkter elektrochemischer Performance führen und
bergen ein großes Sicherheitsrisiko, weshalb die Zellkomponenten vor dem Zellbau
nachgetrocknet werden müssen. Obwohl die Nachtrocknung sehr energieaufwändig
ist und einen großen Einfluss auf die Produktqualität hat, ist sie nach wie vor nicht
im Detail erforscht und verstanden.
Die vorliegende Arbeit hat deshalb ein besseres Verständnis und die Optimierung des
Vakuum-Nachtrocknungsprozesses von LIB-Elektroden sowie die Erforschung des
Wassersorptionsverhaltens der Elektroden zum Ziel. Für ein tiefgehendes Prozessverständnis
muss die Prozesstechnik über die mikroskopische Elektrodenstruktur mit
den makroskopischen Elektrodeneigenschaften korreliert werden. Die im Rahmen
dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen basieren deshalb auf dem Konzept
der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen.
Die Ergebnisse zeigen, dass hohe Nachtrocknungsintensitäten zwar einerseits niedrige
Restfeuchtegehalte erzielen, andererseits aber die Mikrostruktur der Elektroden
und ihre mechanischen, elektrischen und elektrochemischen Funktionseigenschaften
schädigen können. Die elektrochemische Performance wird also nicht nur
durch den Restfeuchtegehalt, sondern ebenfalls signifikant durch die Nachtrocknungsintensität
beeinflusst. Aufbauend auf den identifizierten Prozess-Struktur-
Eigenschafts-Beziehungen wird ein allgemeines Verständnis für den Prozess der
Vakuum-Nachtrocknung ganzer Elektrodencoils erarbeitet und eine vergleichsweise
moderate II-Phasen-Vakuum-Nachtrocknungsprozedur konzipiert und erfolgreich
praktisch angewandt. Für ein besseres Verständnis des Sorptionsverhaltens von
LIB-Elektroden werden zudem der Einfluss der Mikrostruktur, des Aktivmaterials
und des Taupunkts beim Zellbau auf die Wassersorption untersucht und daraus
Prozess-Struktur-(Eigenschafts-)Beziehungen abgeleitet.
Die im Rahmen dieser Arbeit identifizierten Prozess-Struktur-(Eigenschafts-)Beziehungen
bei der Nachtrocknung und dem Wassersorptionsverhalten von LIBs tragen
maßgeblich zu einem besseren Prozessverständnis bei. Sie bilden die Grundlage
für eine wissensbasierte Auslegung des Nachtrocknungsprozesses sowie des Feuchtemanagements
über die gesamte Prozesskette und leisten somit einen wesentlichen
Beitrag zur Energie- und Kosteneinsparung sowie Steigerung der Produktqualität
und -sicherheit von LIBs.
Aktualisiert: 2023-01-05
> findR *
Die bis in die 1960er Jahre zurückgehenden Bestrebungen zur Angleichung der Rechnungslegungsvorschriften in der Europäischen Union wurden im Jahr 2013 mit der neuen EU-Bilanzrichtlinie 2013/34/EU weitergeführt. Ausgangspunkt bilden seit jeher die bestehenden materiellen Unterschiede im nationalen Bilanzrecht der Mitgliedstaaten, die auch nach der Umsetzung der beiden Vorgängerrichtlinien (4. und 7. Richtlinie) nicht im als notwendig angesehenen Maße überwunden werden konnten und die einer Vergleichbarkeit der Jahresabschlüsse entgegenstehen.
Nach wie vor zählt zu den Problembereichen für den Harmonisierungserfolg die hohe Anzahl an in der Richtlinie enthaltenen Mitgliedstaatenwahlrechten, die unterschiedliche Umsetzungsmöglichkeiten bei der Transformation der Richtlinie in nationales Recht eröffnen. Auch vor dem Hintergrund des zunehmenden Einflusses der IFRS auf die europäische Rechnungslegung befasst sich die vorliegende Arbeit daher mit der Frage nach dem gegenwärtigen Stand der Harmonisierung angesichts einer unterschiedlichen Inanspruchnahme der Mitgliedstaatenwahlrechte bei Richtlinientransformation durch die Mitgliedstaaten.
Hierzu wird die Wahlrechtsausübung aller 27 Mitgliedstaaten der EU (zuzüglich Großbritannien) im nationalen Bilanzrecht einer umfangreichen Analyse aus ökonomischer Perspektive dahingehend unterzogen, inwiefern die Richtlinienziele durch die jeweiligen Mitgliedstaatenwahlrechte als erfüllt oder gefährdet angesehen werden können und welche Aussagen zum Harmonisierungserfolg sich hieraus ableiten lassen.
Aktualisiert: 2023-03-30
> findR *
Bei der Entwicklung, Optimierung oder Auswahl von federbelasteten Sicherheitsventilen müssen sowohl statische als auch dynamische Belastungen in der Sitzabdichtung berücksichtigt werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt daher auf einer
differenzierten Analyse beider Belastungsarten. Für den Fall der statischen Belastung wird ein statistisches Modell vorgeschlagen, welches neben der Geometrie und Werkstoffen der Sitzabdichtung diverse Betriebsgrößen berücksichtigt. Dieses Modell wird für ausgewählte Sitzabdichtungen exemplarisch evaluiert und diskutiert. Für den Fall der dynamischen Belastung wird ein konventioneller Auslegungsansatz unter Berücksichtigung der Schlagenergie vorgeschlagen und verschiedene Methoden zur Ermittlung der Schlagenergie evaluiert und diskutiert.
Aktualisiert: 2022-12-22
> findR *
Im Bereich der Biomedizin werden Nanopartikel in Form von Kontrastmitteln oder Wirkstoffträgersystemen
bereits routinemäßig eingesetzt. Durch ihre größenbasierten Eigenschaften
können die Partikel im Zielgewebe systematisch akkumulieren (z.B. nach magnetischer
Zielführung) und dort sensitive Diagnoseverfahren oder auch effiziente Therapiekaskaden
realisieren. Insbesondere eine Kombination von anorganischen Nanopartikeln (bspw.
superparamagnetische Eisenoxidnanopartikel, FexOyNP) mit organischen Molekülen und
Strukturen (Wirkstoffe, Antikörper etc.) bietet die Möglichkeit zur Entwicklung innovativer
nanopartikulärer Hybridsysteme mit multifunktionellen Eigenschaften.
In der vorliegenden Dissertation wurden neue Ansätze zur Herstellung und biomedizinischen
Anwendung von insgesamt vier verschiedenartigen organisch-anorganischen Nanohybridpartikeln
etabliert. Hierfür wurden zunächst Indiumphosphid/Zinksulfid-Quantenpunkte
(InP/ZnS-QDs) sowie FexOyNP und Goldnanopartikel (AuNP) mittels nasschemischer Verfahren
erzeugt. Die Herstellung des ersten Hybridpartikelsystems erfolgte über eine selektive
Ankopplung von FexOy- und AuNP an einen Alzheimer-Biomarker. Neben einer sensitiven ex
vivo Biomarkerdetektion mittels oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS) wurde
ein detailliertes Prozessverständnis durch umfassende Untersuchung der Synthese- und
Funktionalisierungsschritte anhand unterschiedlicher Analysemethoden erreicht. Drei weitere
Nanohybride wurden durch gleichzeitige Einkapselung von superparamagnetischen FexOyNP
mit jeweils einer weiteren Komponente (therapeutische RNA, fluoreszierende InP/ZnS-QDs
oder plasmonische AuNP) in organische Nanovesikel (Niosome) hergestellt und für eine in
vitro Anwendung zu verschiedenen Krebszelllinien appliziert. Das RNA-beladene superparamagnetische
Hybridnanopartikel konnte durch erhöhte zelluläre Internalisierung mittels
magnetischer Zielführung eine effiziente RNA-gestützte Chemotherapie ermöglichen. Durch
Einkapselung der InP/ZnS-QDs und FexOyNP konnte ein weiterer Nanohybrid als Fluorophor
sowie auch als Kontrastmittel eingesetzt werden. Das vierte Hybridnanopartikel erlaubte nach
postsynthetischer magnetischer Aufreinigung eine sensitive SERS-basierte Diagnostik. Als
Applikationsplattform bewirkten die Niosome ein verbessertes Anwendungspotential durch
den Schutz der eingeschlossenen Komponenten vor einem Funktionalitätsverlust infolge
unterschiedlicher in vitro Einflüsse (z.B. Azidität). In ergänzenden Untersuchungen wurde zur
ressourceneffizienten Herstellung eines niosomalen Wirkstoffträgersystems eine Syntheseroute
mittels einer kommerziellen mikrofluidischen Apparatur entwickelt.
Bei den unterschiedlichen nanopartikulären Formulierungen wurden wesentliche
physikalische, chemische und biologische Zusammenhänge zwischen den eingesetzten
Substanzen, der Prozesskette und dem resultierenden Partikelsystem analysiert. Folglich
wurden grundsätzliche Herstellungs- und Anwendungsstrategien für nanopartikuläre Hybridsysteme
abgeleitet und diskutiert.
Aktualisiert: 2022-11-24
> findR *
In biotechnologischen Prozessen bietet die Nutzung von immobilisierten Enzymen in Form
von quervernetzten Proteinkristallen (CLECs) viele Vorteile, wie eine hohe volumenspezifische
katalytische Aktivität und größere Resistenz gegenüber chemischen und enzymatischen
Angriffen. Voraussetzung für eine Prozessierbarkeit und Wiederverwendbarkeit der Immobilisate
ist jedoch neben dem Erhalt der enzymatischen Aktivität der Proteinkristalle deren
mechanische Stabilität. Dabei hängen mechanische Stabilität wie auch Enzymaktivität einerseits
eng mit der Kristallstruktur und somit mit der Aminosäuresequenz der Proteine,
andererseits mit dem gewählten Vernetzungsreagenz und -grad zusammen. Das Ziel dieser
Arbeit war es daher, Zusammenhänge zwischen der Enzymstruktur und den resultierenden
Eigenschaften von CLECs aufzuklären. Da die Strukturbildung der CLECs durch
die einzelnen Prozessschritte des gesamten Herstellungsprozesses, beginnend mit der genetischen
Modifikation über Produktion und Reinigung der Enzyme, der Kristallerzeugung
und -charakterisierung bis zur Formulierung beeinflusst wird, muss diese auch als Ganzes
in die Betrachtungen einbezogen werden. Als Basis für die Untersuchungen wurden mittels
verschiedener Protein Engineering Methoden Aminosäuren auf der Oberfläche des gefalteten
Wildtyp Enzyms ausgetauscht, um neue potentielle Vernetzungsstellen innerhalb der später
hergestellten Proteinkristalle einzubauen und somit die mechanischen Kristalleigenschaften
zu verbessern. Das hierfür eingesetzte, industriell relevante Modellprotein, die Halohydrindehalogenase,
wurde im Rahmen einer Kooperation am Institut für Biochemie der Technischen
Universität Braunschweig genetisch modifiziert, hergestellt und charakterisiert. Der Fokus
dieser Arbeit lag dabei auf der Entwicklung von Methoden zur Kristallisation, der Quervernetzung
und der anschließenden mechanischen Charakterisierung. Auf Basis des Einflusses
der genetischen Mutation sowie ausgewählter Formulierungsparameter und der hieraus resultierenden
strukturellen Proteineigenschaften wurde ein statistisches Modell zur Aufklärung
der Struktur-Eigenschaftsbeziehung von CLECs abgeleitet.
Basis des statistischen Modells bildet die dreidimensionale Kristallstruktur mit allen relevanten
Aminosäuren, die mit dem gewählten Vernetzungsmolekül innerhalb der spezifischen
Länge des Linkers mögliche Vernetzungsbindungen ausbilden können. Die Anteile aller möglichen
Brücken innerhalb des Kristalls in die jeweilige Belastungsrichtung wurden aufsummiert,
um das mechanische Verhalten der CLECs zu beschreiben. Hierüber konnten die Zusammenhänge,
wie z. B. das anisotrope Kristallverhalten bzw. der Einfluss des Linkers oder
der Mutation, auf das mechanische Verhalten wiedergegeben werden. Um die Gültigkeit des
Modells zu validieren, wurden mechanische Eigenschaften nativer Kristalle und der CLECs,
wie bspw. Härte, E-Modul und elasto-plastische Verformungsarbeiten auf unterschiedlichen
Größenskalen mittels Rasterkraftmikroskopie und Nanoindentation untersucht. Eine besondere
Herausforderung lag auf der Methodenetablierung für eine zuverlässige, statistisch abgesicherte
mechanische Charakterisierung von Biopartikeln in geringem Flüssigkeitsvolumen.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit vermitteln ein Verständnis der zugrundeliegenden
Wechselwirkungen, Zusammenhänge und Limitierungen zwischen der Struktur und den Eigenschaften
von quervernetzten Proteinkristallen und können daher als ein grundlegender
Baustein für die Herstellung von maßgeschneiderten CLECs genutzt werden.
Aktualisiert: 2023-03-02
> findR *
„Achillesferse Batterie“ – so wird die übergeordnete Bedeutung des Energiespeichers für die Elektromobilität häufig umschrieben. Gemeint ist der maßgebliche Einfluss der Traktionsbatterie auf die kundenrelevanten Eigenschaften eines Elektrofahrzeugs: Reichweite, Fahrkomfort, Sicherheit – und Preis. Für die meisten Kunden sind E-Fahrzeuge heutzutage im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen vor allem aufgrund des hohen Preises unattraktiv. Wesentlicher Kostentreiber ist die Batterie.
Diese Arbeit liefert ein Instrument zur Bewertung der Herstellkosten von Lithiumionenbatteriezellen und damit zur Identifikation von Kostenpotentialen. Das Modell bildet dabei die Wechselwirkungen zwischen Zelldesign, Produktion und ökonomischen Rahmenbedingungen ab. Anhand von praxisrelevanten Fragestellungen werden vielfältige Analysemöglichkeiten demonstriert.
Aktualisiert: 2022-08-02
> findR *
In unserem menschlichen Dasein ereignen sich unweigerlich traumatische Erfahrungen. Das Tragische daran ist, dass wir diese Erfahrungen oft wiederholen, scheinbar nichts daraus lernen oder von derartigen Erfahrungen ein Leben lang beherrscht bleiben, selbst dann, wenn diese traumatischen Ereignisse bereits viele Jahre zurückliegen und keinen realen Einfluss mehr auf das aktuelle Leben haben. Posttraumatisch bleibt dann das Gefühl von ewigem Kampf. In diesem Buch erfährt der Leser Hintergründe dazu, weshalb sich die menschliche Psyche von entsprechenden Ereignissen immer wieder nur schwer befreien kann. Der Psychotherapeut Sebastian Rühl wirft einen umfassenden Blick auf die Psychodynamik traumatischer Erfahrungen
und auf die Wirkung, die diese in der menschlichen Psyche entfaltet. Er macht Parallelen mangelnder Bindung bei Traumatisierungen und Defiziten frühkindlicher Entwicklung deutlich. Innere Abläufe bei Traumatisierungen und posttraumatischen Entwicklungen werden sowohl in einen Zusammenhang mit Mentalisierungen, Symbolbildungsprozessen
und der Introjektentwicklung als auch mit physiologischen Vorgängen gestellt. Der Autor entwickelt ein strukturelles Bild posttraumatischer Störungen und veranschaulicht, welche Folgen sich daraus für die Ich-Entwicklung ergeben und welche Bedeutung Sicherheit gebende zwischenmenschliche Bindungen für die Behandlung postraumatischer Störungen haben.
Aktualisiert: 2022-09-15
> findR *
In dieser Dissertation wird ein ganzheitlicher Ansatz für die automatisierte Generierung von Verbaureihenfolgen konzipiert, welcher unterschiedlichste Einflussparameter und Restriktionen beinhaltet. Unter Berücksichtigung der Variantenvielfalt und der Produktkomplexität von PKWs werden die montagegerechte Produktentwicklung unterstützt und frühzeitig
Montagesequenzen für die Automobilindustrie ermittelt.
Aktualisiert: 2022-09-01
> findR *
Die Formulierungs- und Prozessentwicklung bei der Tablettierung erfolgt in der pharmazeutischen Industrie hauptsächlich auf empirischem Weg aufgrund des bis heute unvollständigen Prozessverständnisses. Die Verbesserung dieses und letztlich der Vorhersagemöglichkeit der Tabletteneigenschaften erfordert die systematische und umfangreiche Charakterisierung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, wie die in dieser Arbeit betrachteten essentiellen Beziehungen zwischen der Kompressionsspannung, der Tablettenporosität und der Tablettenzugfestigkeit (Pulverkompressibilität und -kompaktierbarkeit).
Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die mathematische Modellierung der Kompressibilität und Kompaktierbarkeit. Zur Beschreibung und Quantifizierung der in-die-Kompressibilität (während der Kompression gemessen) wird eine
erweiterte in-die-Kompressionsfunktion eingeführt, die erstmalig den Einfluss der Feststoffkompressibilität berücksichtigt. Hinsichtlich der Pulverkompaktierbarkeit wird die Eignung vorhandener Eigenschaftsfunktionen evaluiert sowie eine Methode zur Vorhersage der Tablettenzugfestigkeit mit den Materialeigenschaften, der in-die-Kompressibilität und der Tablettenporosität vorgestellt.
Weitere Schwerpunkte sind die Untersuchung des Deformationsverhaltens auf Einzelpartikel- und Materialebene sowie des Einflusses der initialen Partikelgröße und -morphologie. Die experimentellen Untersuchungen werden zudem auf binäre Pulvermischungen bestehend aus einem Wirk- und einem Hilfsstoff ausgeweitet unter systematischer Variation des Deformationsverhaltens, der Wirkstoffkonzentration und der initialen Partikelgröße.
Dabei wird die Vorhersagemöglichkeit der Kompressibilität und Kompaktierbarkeit der binären Mischungen basierend auf dem Verhalten der Reinstoffe betrachtet.
Aktualisiert: 2023-02-02
> findR *
Die Modellierung verfahrenstechnischer Prozesse hat zum Ziel, diese mathematisch
beschreibbar zu machen und dadurch den experimentellen Aufwand bei der Etablierung
von Prozessen zu verringern und höhere Prozesskontrolle zu erreichen. Eine
zentrale Voraussetzung hierfür ist ein tiefgreifendes Prozessverständnis. Im Falle
der Dispergierung von Nanopartikeln in laminarer Scherströmung ist bekannt, dass
eine wechselseitige Abhängigkeit von Partikeleigenschaften (z.B. Größe und Festigkeit),
Beanspruchungsbedingungen und Formulierungseigenschaften besteht. Während
diese grundlegenden Zusammenhänge für einzelne Aspekte bereits beschrieben
sind, ist eine umfassende modellhafte Beschreibung des Herstellungsprozesses hochviskoser
nanopartikulärer Suspensionen in laminarer Scherströmung bisher nicht erfolgt.
Die Ursache hierfür liegt vor allem in der bis dato unzureichenden Modellierbarkeit
der Viskosität nanopartikulärer Suspensionen. Sie ist von hoher Wichtigkeit bei
der Beanspruchung von Partikeln in laminarer Scherströmung, ist aber aufgrund der
Änderung der Partikelgrößenverteilung und der damit einhergehenden Veränderung
der Partikelwechselwirkungen während der Dispergierung ihrerseits einer fortwährenden
Änderung unterworfen.
In dieser Arbeit wurde daher zunächst ein weitgehend mechanistisches Viskositätsmodell
für nanopartikuläre Suspensionen entwickelt, um das rheologische Verhalten
während des Prozesses beschreiben zu können. Zur Modellentwicklung und
Parametrisierung wurde ein genetischer Algorithmus entwickelt und angewendet.
Das Modell erlaubt die Beschreibung der Viskosität in Abhängigkeit von Partikelanteil,
Partikelgröße, Temperatur und Scherrate. Auch eine Extrapolation über den
kalibrierten Bereich hinaus ist möglich.
Auf Basis bekannter Zusammenhänge zur Beanspruchung von Partikeln in zäher
Scherströmung wurde in dieser Arbeit ein Beanspruchungsmodell für die Dispergierung
in laminarer Scherströmung entwickelt. Schlüsselelement ist die Differenzierung
zwischen effektiver und nicht effektiver Beanspruchung, abhängig davon, ob die auf
das Partikel wirkende Schubspannung ausreicht, einen Partikelbruch herbeizuführen.
Zur Parametrisierung des Beanspruchungsmodells wurde ein Prozessmodell entwickelt
und in Form einer Populationsbilanz angewendet.
Die kombinierte Nutzung des Beanspruchungsmodells und des Prozessmodells
hat das Potential, für die Entwicklung und die Maßstabsübertragung von Knetprozessen
herangezogen zu werden. Auch eine Übertragung des Modells auf weitere
Dispergiergeräte erscheint möglich.
Aktualisiert: 2022-08-02
> findR *
Für eine nachhaltige Senkung der CO2-Emissionen gilt es, Industrieprozesse
energiebewusst und effzient zu gestalten. Ein Verfahren mit einem
enormen Energieeinsparpotential ist die Fallfilmverdampfung. Die Fallfilmverdampfung
zeichnet sich durch einen sehr guten Wärmeübergang bei kurzen
Verweilzeiten aus. Für eine effziente Verfahrensgestaltung ist ein um
die gesamte Oberfläche gleichmäßig verteilter dünner Film notwendig. Bei
Abweichungen von der senkrechten Rohrausrichtung ergeben sich häufig
effzienzmindernde Filmaufrisse. Diese können durch die Strukturierung der
Verdampferfläche vermieden werden. Propan eignet sich durch seine ökologischen,
thermodynamischen und physikalischen Eigenschaften u.a. als
Wärmeträgermedium.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden umfangreiche Untersuchungen zum
Wärmeübergang und Filmstabilität eines Propanfallfilmes in Verdampferrohren
(Cu-DHP) mit Innenstruktur durchgeführt. Wesentliche Untersuchungsaspekte
waren neben der Struktur (1x Glattrohr, 4x Drallstrukturen,
1x Längsstruktur) der Einfluss von Rohrneigung (0° bis 20° von der Vertikalen),
Temperatur, Temperaturdifferenz und Massenstrom. Für diese Untersuchungen
wurde eigens eine Versuchsanlage konzipiert und aufgebaut.
Es konnte gezeigt werden, dass die Strukturierung der Verdampferfläche
zu einer Verbesserung bei Filmstabilität und Wärmeübergang führt. Besonders
die Drallstrukturen begünstigen eine Tangentialverteilung der Flüssigkeit
und fördern somit die Bildung von dünnen Flüssigkeitsfilmen, welche
den gesamten Rohrumfang benetzen. Die Kerbhöhe hat sich als der wesentliche
geometrische Einflussparameter herausgestellt. Ein Überspülen der
Strukturen führt zum einen zur einer Vergrößerung der Filmdicke, was dem
Wärmeübergang hinderlich ist, aber zum anderen fördert dies die Turbulenz
und führt zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs. Weiterhin konnte
ein positiver Effekt der Rohrneigung auf den Wärmeübergang gezeigt werden.
Die Untersuchungen zeigten ebenfalls den Einfluss von Kerbtransportvermögen
und Schubspannung auf Filmstabilität und Wärmeübergang auf.
Aktualisiert: 2022-08-04
> findR *
In den letzten Jahren haben komplexe und maßgeschneiderte Strukturen aus Partikeln im Nano- und Mikrometerbereich in verschiedenen Anwendungsbereichen zunehmendes Interesse geweckt. Beispiele sind Katalysatoren oder Wirkstoffträger, die jeweils eine hohe Oberfläche benötigen um hoch aktiv zu sein, aber als kleine Nanopartikel kaum handhabbar sind. Maßgeschneiderte hierarchische Strukturen lösen dieses Problem – hier liegen die Nanopartikel zusammengelagert zu größeren Partikeln vor, die sowohl hohe Oberflächen als auch gute Handhabbarkeit besitzen. Die Anwendbarkeit dieses Prinzips steht in direktem Zusammenhang mit den Eigenschaften der verwendeten Partikel, wie ihrer Größe und Morphologie, sowie den Wechselwirkungen an der Partikeloberfläche.
iPAT-Schriftenreihe
Herausgeber: Prof. Dr. Georg Garnweitner
Kleinmolekül-Stabilisierung und Sprühtrocknung
von Metalloxid-Nanopartikeln
Sabrina Zellmer
Sabrina Zellmer
Kleinmolekül-Stabilisierung und Sprühtrocknung von Metalloxid-Nanopartikeln
Diese Arbeit betrachtet die gesamte Prozesskette hierarchischer Partikelstrukturen von der Synthese, Stabilisierung und Funktionalisierung bis hin zur Verarbeitung und Anwendung. Insbesondere wurde die Strategie der Kleinmolekül-Stabilisierung zur Verhinderung der Agglomeration von Nanopartikeln auf Grundlage unterschiedlicher Einflussfaktoren systematisch untersucht und modelliert. Hierzu wurde der Einfluss der Eigenschaften der Metalloxid-Nanopartikel, der Stabilisatoren sowie der Lösungsmittel auf die Langzeitstabilität, Reagglomerationseffekte und das Adsorptions-Desorptions-Verhalten an der Partikeloberfläche ermittelt. Basierend auf den zugrundeliegenden Stabilisierungsmechanismen und Partikelwechselwirkungen wurden in einem weiteren Schritt synthetisierte und stabilisierte Metalloxid-Nanopartikel mittels des Sprühtrocknungsverfahrens gezielt zu maßgeschneiderten hierarchischen Aggregatstrukturen mit unterschiedlichen Eigenschaften verarbeitet.
Aktualisiert: 2022-07-12
> findR *
Die zunehmenden Anstrengungen zur Dekarbonisierung nahezu aller Bereiche des öffentlichen
Lebens und der Industrie führen einerseits zu interessanten technischen Entwicklungen, andererseits
werden aber auch technische Lösungsvorschläge unterbreitet, deren Ausführbarkeit
oftmals schon in der Konzeptphase unwirklich erscheint.
Vor diesem Hintergrund beschreibt der vorliegende Beitrag unter dem Begriff „Tradition“ die
grundlegenden Anforderungen an die Antriebstechnik, nämlich die Energieumformung, die
Energieanpassung und -übertragung sowie die Energiespeicherung.
Unter dem Begriff „Moderne“ wird dann auf ausgewählte Beispiele elektrifizierter Maschinen
und Fahrzeuge unter besonderer Berücksichtigung vermeintlicher Vereinfachungen des Antriebsstrangaufbaus
eingegangen.
Dabei wird deutlich, dass zwar durch den geplanten Wegfall des Verbrennungsmotors eine
komplexe Baugruppe entfällt, der Gesamtaufbau des Antriebsstranges und der darin zum Einsatz
kommenden Komponenten jedoch keine wesentliche Vereinfachung erfährt.
Aktualisiert: 2022-08-26
> findR *
Ziel dieser Arbeit war das Design nanopartikulärer, chemisch vernetzter und mechanisch beständiger Keramikbeschichtungen mittels systematischer Partikeloberflächenmodifizierung und Additivierung. Dabei standen unterschiedliche grenzflächenabhängige Formulierungsstrategien und deren Einfluss auf die Beschichtungsstruktur sowie deren resultierenden
anwendungstechnischen Eigenschaften im Fokus der Untersuchungen.
Als nanopartikuläres Material wurde Aluminiumoxid dispergiert, modifiziert, formuliert und zu Beschichtungen verarbeitet. Dabei wurden über die Zugabe von Vernetzungsadditiven unterschiedlicher Konzentration sowie Molekülstruktur und die Modifizierung der Partikeloberfläche mit unterschiedlichen Anteilen an Liganden Beschichtungsformulierungen hergestellt
und weiterverarbeitet.
Basierend auf diesen Beschichtungsformulierungen wurden Beziehungen zu den entstehenden Strukturen und anwendungstechnischen Eigenschaften abgeleitet. Hierbei konnte unter anderem festgestellt werden, dass in Abhängigkeit der Vernetzungsadditivkonzentration ein optimaler Partikelvernetzungsgrad vorliegt, bei welchem maximale mechanische Eigenschaften erzielt werden können. Eigenschaften wie die Oberflächenrauheit und damit die optischen
Eigenschaften der Beschichtungsoberflächen werden durch Additivsegregationseffekte beeinflusst. Zusätzlich zum Einfluss verschiedener Formulierungsparameter auf die Schichtstrukturbildung, konnte gezeigt werden, dass auch eine Modifizierung des Beschichtungssubstrates zu höheren mechanischen Kennwerten führt.
Durch die Variation des Anteils an Modifizierungsligand auf dem Substrat als auch durch die Variation der Formulierungseigenschaften konnte das wissenschaftliche Verständnis zur Partikelstrukturbildung in Beschichtungsprozessen deutlich vertieft und die identifizierten Erkenntnisse auf andere Partikelsysteme (Titandioxid) und Vernetzungsstrategien übertragen werden. Letzteres unterschied sich vor allem in der Zugabe des Vernetzungsadditiv. So konnten
beispielsweise verbesserte mechanische Kennwerte erreicht werden, wenn die Zugabe des Vernetzungsadditives in einem anschließenden Prozessschritt nach der eigentlichen Schichtbildung erfolgt.
Insgesamt konnten zahlreiche Wechselbeziehungen zwischen den Formulierungsparametern, der Schichtstrukturbildung sowie den anwendungstechnischen Beschichtungseigenschaften abgeleitet werden, welche auf andere Anwendungen übertragen werden können.
Aktualisiert: 2022-03-03
> findR *
Bei der Besteuerung international agierender Personen wird zwischen der unbeschränkten Steuerpflicht, die das weltweite Einkommen der in einem Staat ansässigen beziehungsweise die Staatsangehörigkeit des Staates innehabenden Personen umfasst, und der beschränkten Steuerpflicht, der nur Steuerquellen mit hinreichender Beziehung zum Quellenstaat unterworfen werden, unterschieden. Die beschränkte Steuerpflicht, mithin die inländische Besteuerung von Steuerausländern, gewinnt auch auf Grund der zunehmenden Digitalisierung und Globalisierung weiter an Bedeutung. Dabei ist die Besteuerung von Steuerausländern geprägt von dem Nebeneinander verschiedener Besteuerungsprinzipien und ist nur dann zulässig, wenn ein inländischer Anknüpfungspunkt – ein genuine link – als Rechtfertigung gegeben ist.
Der Verfasser arbeitet die Anforderungen der in § 49 Abs. 1 EStG enumerativ aufgelisteten Anknüpfungspunkte heraus und zeigt Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf. Die kleinteilige Anknüpfung der Besteuerung an einzelne wirtschaftliche Tätigkeiten hat zu einem stetigen Anwachsen der Steuertatbestände des § 49 Abs. 1 EStG geführt. Dabei zeigt sich, dass der Gesetzgeber oftmals ähnliche oder sogar gleichlautende Anknüpfungspunkte normiert und dabei zum Teil auch Doppel- und Mehrfachanknüpfungen aufgenommen hat.
Der Katalog der inländischen Anknüpfungspunkte in § 49 Abs. 1 EStG wird vielfach als „willkürlich“ oder „lückenhaft“ tituliert. Auf der Analyse der bestehenden Anknüpfungspunkte aufbauend weist der Verfasser an Hand von Fallgruppen jedoch ein zugrundeliegendes System – mithin eine inkludierende Einheit und eine strukturierende Ordnung – nach. Trotz der Tendenz des Gesetzgebers zugunsten einer Einzelfallgesetzgebung, bietet dieses System dem Gesetzgeber eine Orientierung für die Ausgestaltung zukünftiger inländischer Anknüpfungspunkte der beschränkten Steuerpflicht. Auf Grundlage der vorangegangen Systematisierung erarbeitet der Verfasser verschiedene Handlungsmöglichkeiten und zeigt deren Stärken und Schwächen auf.
Aktualisiert: 2022-08-10
> findR *
Die Nachfrage nach feinsten Pulvern im unteren Mikrometerbereich steigt in unterschiedlichen
Industriezweigen stetig an. Dabei werden insbesondere Produkte mit hohen Produktionsvolumina
häufig anhand von trocken betriebenen Mühlen hergestellt. Aufgrund der geringen Energieausnutzung
in diesen Maschinen ist die Steigerung der Energieeffizienz im Bereich der trockenen
Feinstzerkleinerung sowohl von hohem wirtschaftlichem als auch ökologischem Interesse.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher systematisch untersucht, wie sogenannte Mahlhilfsmittel
insbesondere bei Partikeln im unteren Mikrometerbereich wirken und somit die Energieeffizienz
bei der trockenen Feinstzerkleinerung durch einen Einsatz dieser Additive gezielt gesteigert
werden kann. Zudem erfolgten Studien zur trocken betriebenen Rührwerkskugelmühle, welche
eine energieeffiziente und somit vielversprechende, bisher aber wenig untersuchte Alternative
zu herkömmlichen Feinstmühlen darstellt. Dabei wurde ebenso betrachtet, wie sich der Betrieb
dieses Mühlentyps durch Mahlhilfsmittel weiter optimieren lässt.
Zunächst wurden in dieser Arbeit die Wirkmechanismen der Mahlhilfsmittel auf der Mikro- bzw.
Partikelebene näher betrachtet. Mittels inverser Gaschromatographie konnte erstmalig gezeigt
werden, dass die Adsorption der Mahlhilfsmittelmoleküle auf den Produktpartikeln eine Verringerung
der Oberflächenenergie bewirkt. Anhand der Betrachtung der Einflüsse der Mahlhilfsmittel
auf das Partikelkollektiv wird zudem verdeutlicht, dass damit eine Reduzierung der Haftkräfte
zwischen den Partikeln einhergeht, sodass ebenso die Fließ- und Agglomerationseigenschaften
der Produktpartikeln direkt von den Mahlhilfsmitteln beeinflusst werden. Insgesamt kann die Verringerung
des Agglomerationsverhaltens der Partikeln als primärer Wirkmechanismus der
Mahlhilfsmittel im Rahmen dieser Arbeit bestätigt werden. Darüber hinaus wird aufgezeigt, dass
für die Wirksamkeit der Mahlhilfsmittel in erster Linie ausschlaggebend ist, wie sich die Produktpartikeln
entsprechend der resultierenden Pulvereigenschaften in der Zerkleinerungsanlage verhalten
und auf die von der Mühle zur Verfügung gestellten Beanspruchungsbedingungen zwischen
den Zerkleinerungswerkzeugen reagieren. Damit kann erstmalig verdeutlicht werden,
dass die Prozessparameter der Mühle und der Mahlhilfsmitteleinsatz für eine effiziente Zerkleinerung
aufeinander abgestimmt werden müssen. Bei absatzweise betriebenen Mahlkörpermühlen
ist dies vor allem auf das Einfangverhalten der Partikeln zwischen den Mahlkörpern zurückzuführen,
was durch eine Kombination aus Fallgewichtstests und DEM-Simulationen nachgewiesen
werden konnte.
Letztlich wurde das Betriebsverhalten von verschiedenen trocken betriebenen Rührwerkskugelmühlen
in Abhängigkeit der Mühlenparameter, der Mahlhilfsmittel aber auch der Prozessfahrweise
untersucht. Durch diese Versuchsreihen kann das große Potential dieses Mühlentyps bekräftigt
werden. Anhand von Zerkleinerungsergebnissen sowie Verweilzeitverteilungen von
Rührwerkskugelmühlen im kontinuierlichen Betrieb wird zudem gezeigt, dass Mahlhilfsmittel
nicht nur das Partikelverhalten zwischen den Mahlkörpern, sondern ebenso die Transportprozesse
entlang der Mühle sowie das Austragsverhalten der Produktpartikeln am Mühlenausgang
bestimmen. Von diesen Erkenntnissen wird anschließend abgeleitet, wie das additivinduzierte
Partikel- und Pulververhalten auf die von der Zerkleinerungsanlage zur Verfügung gestellten
Beanspruchungs- und Transportbedingungen abzustimmen ist, um die Energieeffizienz in trocken
betriebenen Rührwerkskugelmühlen durch einen Mahlhilfsmitteleinsatz weiter steigern zu
können.
Aktualisiert: 2022-03-03
> findR *
Die voranschreitende Entwicklung von Lithium-Ionen-Zellen hat zu einem breiten Einsatz dieser Technologie geführt. So sorgen insbesondere die Erhöhung ihrer Energiedichte zu einem Ausbau der Elektromobilität und fortschreitender Entwicklung im elektrischen Fliegen. Eine Grundvoraussetzung für alle Anwendungen bleibt dabei aber der sichere Einsatz dieser
Technologie. Um diese Voraussetzungen zu erfüllen müssen in jeder Lebenszyklusphase die entsprechenden Maßnahmen erkannt und ergriffen werden.
Die vorliegende Dissertation soll einen Beitrag zum sicheren und effizientem Einsatz der Lithium-Ionen-Technologie leisten. Kenntnisse über das Gefährdungspotential, dessen Einflussfaktoren, sowie sichere und effiziente Prozessführung, ermöglichen einen sicheren Umgang mit Lithium-Ionen-Zellen entlang der Lebenszyklusphasen Produktion, Nutzung und Recycling. Diese Phasen und die entsprechenden Verfahren stehen im Fokus der Untersuchungen in dieser Arbeit.
Bereits während der Zellentwicklung und deren Produktion werden durch die Materialwahl, deren Komposition und durch hochqualitative Fertigungsprozesse die Grundlagen für die Vermeidung von Zellfehlern gelegt. Dabei spielt der spontane interne Kurzschluss eine besondere Rolle, da dieser während der Nutzungsphase nur begrenzt vermieden werden kann. Um die Auswirkungen eines solchen Zellfehlers analysieren zu können, wurde ein Prüfstand und eine Testmethode mit hoher Reproduzierbarkeit durch spannungsgesteuerte Nagelpenetration entwickelt. Durch deren Anwendung konnten Ursache-Wirkungs-Ketten während des Thermal Runaway von Nageleindringtiefe bis zur Freisetzung spezifischer Feststoff- und Gaskomponenten ermittelt werden. Die Variation der Zellverspannung ermöglichte so die Konzeptionierung eines passiven Systems zur Erhöhung der Sicherheit von Batteriesystemen im Fehlerfall. Am Ende des Lebens einer Lithium-Ionen-Zelle
bietet der in dieser Arbeit ausgelegte klimafreundliche Recyclingprozess eine hohe stoffliche Recyclingquote (> 80%). Durch den Verzicht auf thermische Deaktivierung muss das gesamte Gefährdungspotential berücksichtigt werden. Durch die Untersuchung der Gas- und Feststoffemissionen während des Betriebes der Prozessschritte und im Fehlerfall konnte ein umfassendes Konzept entwickelt werden, dass ein sicheres Recycling und eine effiziente Rückgewinnung der Rohstoffe für den erneuten Einsatz in Lithium-Ionen-Zellen ermöglicht.
Aktualisiert: 2022-09-22
> findR *
Die Kombination ausgewählter nanopartikulärer Materialien in einer einzigen Dünnschicht besitzt ein enormes Potential zur gezielten Miniaturisierung und Effizienzsteigerung elektronischer Produkte. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit ein neuartiger Ansatz zur Herstellung magnetischer Nanokomposit-Dünnschichten aus zwei unterschiedlichen nanopartikulären Materialien basierend auf einer Prozesskette etabliert, die systematisch entlang der einzelnen Prozessschritte untersucht wurde. Diese umfassen die chemische Synthese und Funktionalisierung der Nanomaterialien sowie im Anschluss deren kombinierte Abscheidung mittels Nassbeschichtungsverfahren unter kontrollierten Bedingungen. Dazu wurden die Materialien Eisenplatin, Eisenoxid, Bariumferrit-Vorläufer und Zirkoniumdioxid mittels nichtwässriger Methoden erzeugt. Insbesondere die Herstellung von nanopartikulärem Eisenplatin und Bariumferrit-Vorläufer wurde umfangreich untersucht und neue Synthesemethoden für die unterschiedlichen Partikelsorten aufgezeigt. Die Abscheidung der kombinierten Materialien fand im Anschluss überwiegend unter Verwendung der erweiterten Auftropfbeschichtung statt. In den erzeugten Dünnschichten wurde eine hohe Korrelation der magnetischen Eigenschaften und der strukturellen Anordnung der eingesetzten Nanomaterialien festgestellt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine thermische Nachbehandlung der Nanokomposit-Dünnschichten zur Bildung neuer, definierter Phasen und Schichteigenschaften eingesetzt werden kann.
Aktualisiert: 2021-11-08
> findR *
MEHR ANZEIGEN
Oben: Publikationen von sierke VERLAG - Sierke WWS GmbH
Informationen über buch-findr.de: Sie sind auf der Suche nach frischen Ideen, innovativen Arbeitsmaterialien,
Informationen zu Musik und Medien oder spannenden Krimis? Vielleicht finden Sie bei sierke VERLAG - Sierke WWS GmbH was Sei suchen.
Neben praxiserprobten Unterrichtsmaterialien und Arbeitsblättern finden Sie in unserem Verlags-Verzeichnis zahlreiche Ratgeber
und Romane von vielen Verlagen. Bücher machen Spaß, fördern die Fantasie, sind lehrreich oder vermitteln Wissen. sierke VERLAG - Sierke WWS GmbH hat vielleicht das passende Buch für Sie.
Weitere Verlage neben sierke VERLAG - Sierke WWS GmbH
Im Weiteren finden Sie Publikationen auf band-findr-de auch von folgenden Verlagen und Editionen:
Qualität bei Verlagen wie zum Beispiel bei sierke VERLAG - Sierke WWS GmbH
Wie die oben genannten Verlage legt auch sierke VERLAG - Sierke WWS GmbH besonderes Augenmerk auf die
inhaltliche Qualität der Veröffentlichungen.
Für die Nutzer von buch-findr.de:
Sie sind Leseratte oder Erstleser? Benötigen ein Sprachbuch oder möchten die Gedanken bei einem Roman schweifen lassen?
Sie sind musikinteressiert oder suchen ein Kinderbuch? Viele Verlage mit ihren breit aufgestellten Sortimenten bieten für alle Lese- und Hör-Gelegenheiten das richtige Werk. Sie finden neben
