Degree theses

Organo-metallische Perovskite zeigen großen Potential was neue kostengünstige, effiziente Nutzung für Photovoltaik und Lichtemission. Die Weiterverarbeitung als Lösung ist ein großer Vorteil, auch wenn sie zunächst für inhomogene Kristallstrukturen sorgt und damit eine Reichweite an unterschiedlichen Verhalten unter Licheinsendung aufweist. Mittels Einzelmolekül-Fluoreszenzspektroskopie (SMS) wurden das Leuchtverhalten von Perovskit untersucht. SMS ist in der Lage, uns fundamentale Einblicke über das Ensemble hinweg in die Eigenschaften kleiner Raumstrukturen zu geben. Zunächst wurden Einzelmpleküle und Orte auf großen Kristallen beobachten, die zwischen bestimmen Intensitätsniveaus blinkten. Die Amplitude eines einzelnen Blinkers war so groß wie 100000 gewöhnliche Farbmoleküle, die unter denselben Bedingungen gleichzeitig an und aus gehen. Unter höherer Laserleistung hat sich die Amplitude verringert und die off-Zeit hat sich reduziert. Physikalische oder chemische Defekte fungieren als "quencher" (für Fluoreszenzlöschung verantwortliche Gebilde), die freie Ladungen einfängt und nicht-radiativ rekombinieren lässt. Des weiteren wurde eine Steigerung um bis zu drei Größenordnungen der Fluoreszenz bei größeren Kristallen mit der Zeit festgestellt. Kleinere Kristalle erreichen ihren Sättigungspunkt deutlich schneller als größere, was ein Hinweis darauf ist, dass die Kritalle über ihr ganzes Volumen hinweg Ladungsfallen enthält, die durch Licht bereinigt werden können. Auch wenn der Laser ausgestellt wird, so findet die Verringerung der Ladungsfallen trotzdem statt. Dieser Prozess ist teilweise umkehrbar, indem man z.B. die Probe unter in eine reine Stickstoffumgebung begibt. Wir vermuten, dass langsame Diffusion der Reaktionsbeteiligten wie Sauerstoff in das Kristallinnere die Ursache für diesen Effekt ist.

In der Automobiltechnik ist die Optimierung von Motoren und anderen Systemen zu einem großen Arbeitsschwerpunkt geworden. Ein zentraler Bestandteil davon ist die Analyse von Fehlerursachen. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein Verfahren zur Fehlervererbungsanalyse zu entwickeln. Dies wird anhand der Ladedruckregelung eines Motorsteuergerätes durchgeführt. Das Verfahren soll ausdrücklich nicht darauf beruhen, zuerst das gesamte System zu modellieren. Stattdessen wird das komplexe System als "Black Box" betrachtet, was die Anwendung auf vollkommen andere Systeme ermöglicht. So wird zuerst mittels graphentheoretischem Ansatz versucht, die Beziehungen der Funktionen untereinander darzustellen, um grafisch Fehlerursachen in Betracht ziehen und bewerten zu können. Nach dieser Modellierung werden Messdaten von realen Messfahrten nach ihren Eigenschaften analysiert und die Zeitreihen über eine Methode der Kerndichteschätzung skaliert. Diese skalierten Zeitreihen wurden korreliert und in Form von Korrelationsmatrizen den anderen Messungen gegenübergestellt. Anhand der daraus resultierenden auffälligen Funktionen wird im Anschluss noch eine Autokorrelation und zur Beachtung nichtlinearer Abhängigkeiten die Mutual Information durchgeführt. Mit dieser Herangehensweise könnten beliebige Systeme mit unbekannter Ursache- Wirkung- Beziehung analysiert werden. Anwendungsmöglichkeiten können neben dem automotiven Sektor auch physikalische Zusammenhänge an Messapparaturen oder eine Ursachenforschung von Krankheiten sein.

In dieser Bachelorarbeit habe ich mich mit den sogenannten "Bound states in the continuum" (BIC) beschäftigt. BIC sind spezielle Zustände, die in der Physik auftreten können. Es werden zwei Beipiele dieser Zustände besprochen. Des Weiteren wurden die Ergebnisse der Veröffentlichung "Localization versus Delocalization of Surface Plasmons in Nanosystems: Can One State Have Both Characteristics?" von Mark Stockmann et al. (Phys. Rev. 87, 167401-1 (2001)) mithilfe des Computer-Algebra-Systems Octave reproduziert. Optische Nanosysteme sind insbesondere für potentielle Anwendungen in optischen Computern interessant. Es konnte gezeigt werden, dass die Oberflächenplasmonen eines zufälligen Systems aus zwei verschiedenen Materialien nicht alle lokalisiert sind. Es wurde außerdem verifiziert, dass die Zustände zum Teil nicht an das Fernfeld koppeln.

Ziel der vorliegenden Masterarbeit war es, das Verhalten von Flüssigkeiten in elektrischen Feldern zu untersuchen. Dazu wurden analytische sowie numerische Methoden eingesetzt. Ein zentrales Ergebnis ist ein vollständig implementiertes Simulationsprogramm, welches in der Lage ist, die Form freier Flüssigkeitsoberflächen unter dem Einfluss von elektrischen Feldern zu ermitteln. Dazu wird ein iteratives Verfahren eingesetzt. Für die Berechnung der Flüssigkeitsform wird die Oberfläche des Flüssigkeitsgebietes trianguliert. Die Netzknoten der Triangulation werden mithilfe des Verfahrens des steilsten Abstiegs verschoben, bis die Systemenergie minimal wird. Berücksichtigt werden neben dem Einfluss des elektrischen Feldes ebenfalls Grenzflächeneffekte sowie der Einfluss der Gravitation. Das elektrische Feld wird während der Energieminimierung als konstant betrachtet und nach einer gewissen Anzahl an inneren Iterationen des Gradientenverfahrens erneut auf der neuen Geometrie berechnet. Die Feldberechnung erfolgt in der Finite-Elemente-Software COMSOL und die Energieminimierung wird in Matlab durchgeführt. Die Grenzflächeneigenschaften werden über die Oberflächen- bzw. Grenzflächenspannung und den Kontaktwinkel an der Dreiphasenkontaktlinie spezifiziert. Aufbauend auf den Simulationsergebnissen wurde ein neuartiges Mikropumpenkonzept untersucht. Dieses ermöglicht die Fertigung einer Pumpe, welche vollständig ohne bewegliche Komponenten funktioniert. Für die Modellierung eines Pumpzyklus wurde ein analytisches Modell vorgestellt. Zudem wurde ein topologisches Optimierungsverfahren zur Optimierung von Tesla-Dioden, welche als passive Ventile dienen, angewandt. Die numerischen sowie analytischen Ergebnisse wurden mit exemplarischen Messungen verglichen. Dazu wurden am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien der Technischen Universität Ilmenau Testchips gefertigt, und ein geeigneter Messaufbau wurde entworfen. Die Messungen liefern den konzeptionellen Funktionsnachweis für das neu entwickelte Pumpkonzept.

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der Adsorption und Interkalation von Lithium auf der Iridium(111)-Oberfläche. Die Versuche erfolgen mittels eines Rastertunnelmikroskops. Hierbei stehen topographische sowie spektroskopische Untersuchungen im Vordergrund. Lithium wird in vier Bedeckungsgraden auf die Iridiumoberfläche aufgebracht. Bei 30- sowie 50-prozentiger Bedeckung zeigt sich keine geordnete Struktur. Es treten Lithiumatompaare sowie größere Cluster auf, die jedoch drei bevorzugte Richtungen einnehmen. Zwei Richtungen schließen jeweils einen Winkel von 60˚ ein und sind um 30˚ zu der Iridiumstufenkante, einer Gitterachse des Iridiums, gedreht. Die erste Monolage besteht aus einer Honigwabenstruktur, wohingegen die zweite Monolage einen großen zusammenhängenden Bereich bildet, der von oberhalb der Stufenkante in die Terrasse hinein ausgeht. Bei mehreren Lagen Lithium zeigt sich ebenfalls keine geordnete Struktur. Es bilden sich große Inseln. In der Arbeit wird anhand der topographischen und spektroskopischen Untersuchungen die Theorie, dass eine interstitielle Einlagerung des Lithiums in das Substrat erfolgt, bestätigt. So tritt beispielsweise durch einen Heizzyklus das zuvor in das Substrat interkaliertes Lithium an die Oberfläche und die Oberflächenbedeckung steigt stark an. Des Weiteren wird die Theorie des Ladungstransfers von dem Lithium zu dem Iridium bestätigt. Mit Hilfe der Bestimmung der Austrittsarbeiten zeigt sich eine Abhängigkeit der Austrittsarbeit von dem Bedeckungsgrad und damit ein verringertes Dipolmoment. Daraus kann auf einen s-Elektronentransfer vom Lithium zum Iridium geschlossen werden.