Blasenentstehung und -entwicklung im Kieselglas während des Plasmaschmelzprozesses. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Blasen sind ein bedeutender Fehler bei der Herstellung von Kieselglas, insbesondere im Plasmaschmelzverfahren. Die Steigerung der Ausbeute an hinreichend blasenfreiem Material bietet ein großes wirtschaftliches Potential, doch der Prozess der Blasenbildung ist dabei nur in Ansätzen verstanden. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag zum Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Blasen im Plasmaschmelzprozess geleistet werden. Das mit elektrischer Energiequelle arbeitende Plasmaschmelzverfahren zeichnet sich insbesondere in Zeiten unsichererer Versorgung und steigender Brenn- und Rohstoffkosten durch seine sehr gute Energie- und Materialeffizient aus. Es stellt dabei jedoch auch besondere Herausforderungen im speziellen für die Vermeidung von Blasen. Die durchgeführten Untersuchungen und Berechnungen betreffen die Entstehung und Entwicklung von Gasblasen im Kieselglas, das im Plasmaschmelzverfahren erzeugt wurde. Dazu wurden im Rahmen der Arbeit Abbruchschmelzen zu unterschiedlichen Prozessstadien durchgeführt. Das bedeutet, dass der Herstellungsprozess wie gewöhnlich bis zu einem gewissen Zeitpunkt durchgeführt wird, und dann der Lichtbogen vorzeitig abgeschaltet wurde. Damit soll idealisiert durch die schnelle Erstarrung der Schmelze ein Zustand eingefroren werden, der den jeweiligen Fortschritt der Schmelze beschreibt. Von diesen Abbruchschmelzen wurde die Blasigkeit und die Sinterschicht mittels Lichtmikroskopie und Computertomographie untersucht. Zudem wurden Blaseninhaltsanalysen über Massenspektroskopie angefertigt und Berechnungen zur Expansion und Aufstiegsgeschwindigkeit von Blasen in rotierenden Schmelzen angefertigt. Es wurden Blasengrößenverteilungen von Blasen >10 µm hinsichtlich ihrer Position, Größe, Form und Verteilung untersucht. Von besonders großen Blasen wurden die Blaseninhalte bestimmt und analysiert. Darüber hinaus wurde die Sinterschicht bezüglich ihrer Porosität charakterisiert. Aus diesen Ergebnissen wurden Rückschlüsse auf die Mechanismen der Blasenbildung und das Verhalten der Blasen während des Schmelzprozesses gezogen.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein Vorhersagemodell für den Verschleiß von Bremsen entwickelt. Das Ziel bestand darin, die Planbarkeit von Wartungsarbeiten zu verbessern. Dadurch können Ausfälle vermieden und geringere Reparaturkosten erzielt werden. Dazu wurden mit Hilfe von Literaturrecherchen verschiedene Berechnungsmodelle für den Verschleiß gesammelt und verglichen. Dabei wurden auch potenzielle Abhängigkeiten untersucht, um das Verständnis des Verschleißes zu verbessern und die Genauigkeit des Modells zu erhöhen. Eine besondere Rolle spielte die Anwendung von maschinellem Lernen, um das System für die Vielfalt vorhandener Reibpaarungen anzupassen. Zusätzlich wurde untersucht, inwieweit eine Umsetzung mit den im Fahrzeug verbauten Sensoren möglich ist. Außerdem wurde in der vorliegenden Arbeit bestätigt, dass die Temperatur der Reibpaarung eine der Haupteinflussgrößen des Verschleißes ist. Basierend auf den vorhandenen Datensatz konnte verschiedene Entwürfe entwickelt werden anhand denen der Verschleiß vorhergesagt werden kann. Dabei wurde festgestellt, dass die Kombination von zwei Modellen die höchste Vorhersagegenauigkeit aufweisen konnte. Zum einen wird für Temperaturen unter 400 ˚C eine Methode genutzt, die die physikalischen Gegebenheiten des Verschleißes berücksichtigt. Für über 400 ˚C wird hingegen ein System verwendet, welches mit maschinellem Lernen Vorhersagen trifft. Durch diese Kombination wurden Vorhersagegenauigkeit von bis zu 93 % für Bremsentemperaturen kleiner 200 ˚C, ca. 78 % für 200 – 300 ˚C und rund 84 % für mehr als 300 ˚C erreicht. Des Weiteren wurde ein Fehler, der durch die Unsicherheiten der im Fahrzeug verbauten Sensoren entsteht, von ca. ±5,3 % berechnet. Jedoch kann, aufgrund der symmetrischen Gaußverteilung der Messwerte, diese Abweichung vernachlässigt werden. Außerdem wurden verschiedene Konzepte erstellt und miteinander verglichen, anhand denen das Vorhersagemodell in das Fahrzeug implementiert wird. Dabei wurde die Umsetzung mit einem externen Gerät ausgewählt, welches über eine Schnittstelle (z.B. OBD2) die Fahrzeugdaten auslesen kann.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Der reaktive Aluminium-Nickel-Mehrschichtaufbau weist exotherme Eigenschaften auf, die sich ideal zur Verbesserung der Verpackung und Verbindung von Mikrosystemen eignen. Die lokale Wärmeerzeugung durch reaktive Ni/Al-Mehrschicht-Nanofolien fungiert als Wärmequelle und zielt darauf ab, die Wärmeakkumulation zu fördern und Mikrowiderstandsschweißverbindungen zu stärken. Diese mehrschichtigen Folien werden durch äußere Reize wie mechanische Kraft oder elektrische Funken ausgelöst. Die größte Herausforderung besteht in der Steuerung der Geschwindigkeit und Temperatur der sich selbst ausbreitenden Reaktion, was eine wirksame thermische Kontrolle in der Nähe von reaktiven Ni/Al-Mehrschichtfolien erfordert. Die Veränderung der sich selbst ausbreitenden Reaktion wird theoretisch und experimentell untersucht, indem ein nicht reaktives Material (Hindernisse) zwischen zwei reaktive Materialelemente eingebracht wird. Um ein effektives heterogenes System zu schaffen, wurde ein Rechenmodell für Ni- und Al-Mehrfachschichten entwickelt. Zur Modellierung der Wärmeübertragung und der Temperaturprofile in reaktiven NiAl-Mehrschichtsystemen wurde ein Simulationsansatz mit der Finite-Elemente-Methode angewendet. Die Simulationen lieferten Erkenntnisse über den Einfluss der Wärmeleitfähigkeit auf die Reaktionsausbreitung und Temperaturverteilung innerhalb der Schichten. Die experimentelle Methodik besteht aus der Substratvorbereitung durch Reinigung, Schleuderbeschichtung von Fotolacken, Laserbelichtung mit optimierten Parametern, Entwicklung und Nachbearbeitungsschritten. Es wurden verschiedene Prozessoptimierungen durchgeführt, um hochwertige Mikro-/Nanostrukturen zu erhalten, die für Anwendungen wie MEMS, Mikrooptik, Mikrolöten und Sensoren geeignet sind. Die Herstellungsprozesse und Charakterisierungstechniken, die für die Mikro-/Nanostrukturierung verschiedener Substrate wie Silizium, Quarzglas und Siliziumkarbid eingesetzt werden. Die Laserdirektschreiblithographie mit den Systemen Microtech LW405 und Heidelberg MLA150 ermöglichte die Strukturierung mit Auflösungen bis zu 0,8 μm auf diesen Substraten, die mit Fotolacken wie AZ ECI 3027, AZ 1518 und AZ LNR-003 beschichtet waren. Nachfolgende Schritte wie Ätzen, Abheben und Abscheiden wurden durchgeführt, um die Muster zu übertragen. Um die Qualität und Eigenschaften der hergestellten Strukturen zu bewerten, wurde eine umfassende Analyse mithilfe von Profilometrie, REM, FIB und Hochgeschwindigkeitsbildgebung durchgeführt. In dieser Forschung wird die bedeutende Rolle von Hindernissen (auf dem Weg der Reaktionsausbreitungsfront) untersucht, die aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen Eigenschaften die Reaktionseigenschaften reaktiver Al/Ni-Mehrschichtsysteme steuern.
Energieeffiziente Auslegung eines Downer Reactor zur Partikelverrundung. - Ilmenau. - 125 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Die vorliegende Masterarbeit umfasst die Konzeptionierung, Entwicklung und Untersuchung eines energieeffizienten Downer Reactors zur Sphäroidisierung von zylindrischen Polypropylen-Partikeln zur Verbesserung der Fließeigenschaften und Schüttdichte des Pulvers für pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren. Eine Veränderung der unrunden Partikelform und -oberfläche aus herkömmlichen Pulverherstellungsprozessen zu einer möglichst sphärischen Partikelgeometrie mit glatter Oberfläche stellt die Motivation einer thermischen Verrundung dar. Es werden Erkenntnisse aus bisherigen Untersuchungen zu Downer Reactoren herangezogen, Vorversuche zur Strömungs- und Heizanalyse durchgeführt und die Energieströme in einem Downer Reactor auf die Partikel betrachtet. Bisherige Untersuchungen zeigen eine Verbesserung der Sphärizität der Partikel und der Fließfähigkeit des Pulvers. Lange Heizzonen von bis zu 4500 mm bei kleinen Durchmessern von maximal 108 mm führen zu geringer Energieeffizienz und geringer Ausbeute bei hohen Verlusten durch Agglomeration und Wandanhaftungen. Anstatt mit Wandheiz- oder Gasheizsystemen sollen die Partikel in dieser Arbeit mittels Infrarot-Strahler aufgeschmolzen und durch die Oberflächenspannung der Schmelze verrundet werden. Hierbei wird im Optimalfall die gesamte Wärmeenergie an die Partikel übertragen, ohne dabei die Reactor-Wand oder das umgebende Gas zu erwärmen. Ein deutlich größerer Durchmesser von 400 mm soll höhere Durchsätze bei geringerer Wandanhaftung realisieren. Der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf die Verrundung soll außerdem untersucht werden. Die Ergebnisse der Versuche zeigen eine deutliche Verbesserung der Schüttdichte, des Hausner-Faktors, der Korngrößenverteilung und der Sphärizität im Vergleich zum Ausgangsmaterial. Ein Einfluss der Strömungs-geschwindigkeit kann nicht nachgewiesen werden und muss weiterführend für höhere Geschwindigkeiten untersucht werden. Aufgrund von deutlich höherer Ausbeute an verrundetem Pulver wird eine Energiekennzahl von 22,3 kWh pro kg verrundetem Pulver erreicht. Damit wird nach Abschätzungen eine mehr als 50 % bessere Energieeffizienz als bisherige Downer Reactoren erreicht. Mit einer optimierten Dispergierung, Reflexion im Inneren und Regelung der Strahlerleistung kann die Effizienz weiter verbessert werden.
Redox-Shuttle Additive für die Prälithiierung von Silizium-Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Um höhere Energiedichten in Lithium-Ionen-Batterien zu erreichen, wird die Verwendung von Konversions- und Legierungsanoden anstelle der derzeitig eingesetzten Interkalationsanoden aus Graphit angestrebt. Silizium-Legierungsanoden sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Kapazität sowie der guten Verfügbarkeit von Silizium aussichtsreiche Kandidaten. Bei der Verwendung von Siliziumanoden verbraucht die Bildung einer Feststoff-Elektrolyt-Grenzfläche im ersten Ladezyklus jedoch viel aktives Lithium, was zu einer deutlich reduzierten Batteriekapazität führen kann. Diese Arbeit befasst sich mit einem elektrochemischen Prälithiierungsprozess für siliziumhaltige Anoden, bei dem durch eine initiale Lithium-Einbringung ins Anodenmaterial der Lithium-Verlust für die Bildung der Feststoff-Elektrolyt-Grenzfläche ausgeglichen und somit der anfängliche Ladungswirkungsgrad gesteigert wird. Für die konkrete technische Umsetzung werden Redox-Shuttles benötigt, deren Charakterisierung ein wesentlicher Aspekt dieser Arbeit ist. Voraussetzungen für einen solchen Shuttle sind seine reversible Oxidation und Reduktion und eine schnelle Reaktionskinetik, die Komptabilität mit ausgewählten Lösungsmitteln sowie ein Redoxpotential in der Nähe von Li/Li+. Das Identifizieren eines solchen Additivs und die Untersuchung seiner Eigenschaften in der Verwendung als Redox-Shuttle für die Prälithiierung sind die Ziele der angestellten Untersuchungen. Dabei wurden vielversprechende Kandidaten für Redox-Shuttles gefunden, welche ein Redoxpotential in der Nähe von Li/Li+ und ein reversibles Verhalten aufweisen. Als größte Einflussfaktoren in der Verwendung als Redox-Shuttle für die Prälithiierung wurden dabei Eigenschaften wie Viskosität, Struktur und Solvatationskraft der untersuchten Lösungsmittel identifiziert.
Rohstoffrückgewinnung zur Ressourcenschonung von hochwertigen Materialien aus Abfällen aus dem Gesundheitswesen zu chemischen Grundstoffen. - Ilmenau. - 157 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Die vorliegende Studie fokussiert sich auf die Handhabung von medizinischem Abfall, insbesondere infektiösem Abfall, der einen Anteil von 15-25 % am Gesamtvolumen von medizinischem Abfall ausmacht. Es wurden unterschiedliche Quellen der Abfälle untersucht, darunter die beiden Krankenhäuser UKW und MSP, das pharmazeutische Unternehmen Lilly sowie die Entsorgungsfirma Buscha von Halberstadt. Die zentralen Ziele beinhalten die umfassende Erstellung von Energie- und Massenbilanzen für den Prozess der Umwandlung von gereinigten Polyolefinen aus Abfallmaterialien in den Depolymerisationsprozess. Die Behandlung infektiöser medizinischer Abfälle kann mittels verschiedener Verfahren erfolgen, darunter Verbrennung, Dampfsterilisation, Mikrowellen-Desinfektion und chemische Desinfektion. Es ist besonders hervorzuheben, dass die Verbrennung keine umweltfreundliche Methode ist. Die Sterilisation durch chemische Mittel ist lediglich für geringe Abfallmengen geeignet. Aufgrund des erheblichen Volumens an infektiösem Abfall und der vorhandenen Technologien erscheint die Mikrowellenmethode als geeignet für das chemische Recycling von Polyolefinen. Der Grund dafür liegt erstens darin, dass bei der Desinfektion die Schmelzpunkttemperatur nicht erreicht wird, und zweitens, dass ein getrocknetes Produkt entsteht. Im Gegensatz dazu ist die Dampfsterilisation besser geeignet, wenn keine chemische Wiederverwertung angestrebt wird, beispielsweise zur Nutzung als Wärmequelle für Krankenhäuser. In dieser Studie wurde die LOGMED-Anlage, die 150-200 kg/h medizinische Abfälle verarbeitet, für die Zerkleinerung der Abfälle eingesetzt, wobei die Dampfsterilisationsmethode zur Abfallbehandlung angewendet wurde. Gemäß den Angaben des Betreibers, der seit Jahrzehnten mit dieser Anlage arbeitet, beläuft sich der Flüssigkeitsanteil in Krankenhausabfällen auf etwa 15-20 Prozent. In dieser Studie wurden Abweichungen in den Anteilen der Abfälle festgestellt, wobei 19 % auf die UKW, 1 7% auf Buscha, 10 % auf MSP und 3 % auf Lilly entfielen. Die Unterschiede in den Ergebnissen für die MSP-Abfälle und die Lilly-Abfälle ergeben sich daraus, dass diese beiden Kategorien nicht die allgemeinen Abfälle einer Station oder eines Krankenhauses repräsentieren. Die MSP-Abfälle waren ausschließlich in Tüten verfügbar, während die Lilly-Abfälle lediglich Insulinpens ohne weitere Abfallkomponenten waren. Diese Flüssigkeitsanteile werden separat von anderen Abfallfraktionen als Abwasser behandelt. Es muss berücksichtigt werden, dass die Verwendung von Dampf zur Sterilisation zu einem feuchten Endprodukt führt. Hinsichtlich der Volumenreduzierung erfuhren leichtere Materialien aus dem Klinikum MSP und der Universitätsklinik Würzburg mit 66 % bzw. 57 % die größten Volumenreduzierungen. Im Gegensatz dazu wiesen schwerere Insulinpens und infektiöse Abfälle mit 25 % bzw. 44 % die geringsten Volumenreduzierungen auf. Im Falle der Verbrennung tragen die Volumenreduktion und Sterilisation dazu bei, dass infektiöse Abfälle mit einem verminderten Volumen in herkömmlichen Verbrennungsanlagen anstelle spezialisierter Einrichtungen verbrannt werden können. Dies führt zu erheblichen Kostenersparnissen sowohl bei den Verbrennungsanlagen als auch bei den Transportkosten. Nach der Bearbeitung der Abfälle durch die LOGMED-Anlage wurden die Abfälle in leichte und schwere Fraktionen mittels eines Schwimm-Sink-Verfahrens im Wasser separiert. Die leichten Fraktionen, die den größten Anteil der Abfälle ausmachen, sind solche mit einer Dichte, die geringer ist als die Dichte des Wassers. Nach Analysen der Firma DEKRA Automobil GmbH gelten diese als polyolefinreich. Die schweren Fraktionen beinhalten dagegen schwerere Kunststoffe wie PVC und PET sowie Glas und Metall. Bei den Abfällen der Firma Lilly machen die schweren Fraktionen etwa 42 % aus. Diese wurden im Labor der TU Ilmenau mit der RFA-Methode analysiert, wobei hohe Anteile von reinem Eisen und Legierungen (Fe 63 Cr 17 Ni 20) festgestellt wurden, was die Möglichkeit des Metallrecyclings bei diesen Abfällen fördert. Bei den anderen Abfällen würden die schweren Fraktionen in herkömmlichen Verbrennungsanlagen verbrannt werden. Die getrennten, nassen Leichtfraktionen stehen als polyolefinhaltige Ausgangsmaterialien zur Verfügung. Im besten Fall können sie zur Energiegewinnung durch chemisches Recycling genutzt werden. Unter den chemischen Recyclingmethoden könnten Pyrolyse und Vergasung geeignete Optionen sein, um flüssiges Öl, andere Ölprodukte oder Syngas zu produzieren.
Combined EQCM, AFM and EIS in-situ investigations of the solid electrolyte interphase formation on carbon model electrodes in lithium-ion battery electrolytes. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Der carbonatbasierte Elektrolyt in Lithium-Ionen-Batterien wird während der Batteriezyklierung außerhalb seines thermodynamischen Stabilitätsfensters betrieben. Die dabei entstehenden Zersetzungsprodukte bilden eine filigrane und zum langzeitstabilen Betrieb der Batterie sehr wichtige Passivierungsschicht. Diese „solid electrolyte interphase“ (SEI) wurde in der vorliegenden Arbeit mittels drei simultan eingesetzten in-situ Verfahren hinsichtlich des Einflusses des SEI-Bildungsadditives Vinylencarbonat (VC) analysiert: Elektrochemische Quarzkristall-Mikrowaage (EQCM), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS). Die EQCM-Daten zeigen, dass die Abwesenheit von VC eine maximale Frequenzverschiebung (Δf) von -14 kHz verursacht und dass die Bildungsrate zunimmt, wenn das Arbeitselektrodenpotential (Ewe) abnimmt und im Bereich zwischen 0,4 und 0,2 V vs. Li/Li+ ein Maximum erreicht. Die Zugabe von VC reduziert das maximale Δf auf ca. -6 kHz und macht die Formationsrate weniger abhängig von Ewe. Die Sauerbrey-Masse der SEI, die mit VC gebildet wurde, ist weniger als die Hälfte (42 %) derjenigen, die ohne Elektrolytzusatz gebildet wurde. Dies wird als Beitrag von VC zur Bildung einer dünneren SEI mit besseren passivierenden Eigenschaften interpretiert. Die größere Δf in den Experimenten mit und ohne VC im Vergleich zur Literatur wird durch eine Kombination aus der schnellen SEI Bildung auf der amorphen Kohlenstoffelektrode und den viskoelastischen Effekten der SEI erklärt. Die EIS-Daten zeigen, dass der Interkalationswiderstand (RInt) initial höher ist, wenn VC vorhanden ist. Erst ab 0,2 V ist der RInt der Zelle mit VC niedriger als bei der additivfreien Variante. AFM zeigt eine klare morphologische Veränderung der SEI bei Abwesenheit von VC bei 1,5 V. Eine Störung bei der Bildaufnahme bei 0,4 V stimmt mit einer starken Bildungsrate gemäß EQCM überein. Die Zugabe von VC führt zu einer stabilen Morphologie bis 0,8 V, obwohl EQCM auf eine kontinuierliche Abscheidung unter 2 V hinweist. Dies könnte bedeuten, dass die SEI-Bildung an der Grenzfläche zwischen Elektrode und SEI kurz nach Beginn der VC-Reduktion erfolgt.
A method for evaluating plastic powders regarding their suitability for selective laser sintering. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Der Fokus dieser Masterarbeit liegt darauf, eine Methodik zur Bewertung der Druckbarkeit von Kunststoffpulvern im selektiven Lasersintern (SLS) zu untersuchen. Die Studie vertieft sich in die komplexe Beziehung zwischen den Eigenschaften des Pulvers und den in der SLS-Drucktechnologie verwendeten Parametern. Die Bewertung der Druckqualität während des eigentlichen Druckprozesses ist ein entscheidender Aspekt für die Erreichung der in dem Experiment festgelegten Ziele. Bei der Charakterisierung der Pulvereigenschaften wurden Messungen unter Verwendung von Techniken wie der Differentiellen Scanningkalorimetrie (DSC), der Partikelgrößenverteilung (PSD), der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und anderer durchgeführt. Eine Synthese dieser Pulvereigenschaften leitete eine Reihe von Parameteranpassungen an, die es ermöglichten, Probleme während des Druckens zu identifizieren und zusammenzufassen, verbunden mit einer Erforschung möglicher zugrunde liegender Ursachen. Im Bereich des eigentlichen Druckens erwies sich der Einsatz der isothermen DSC als effektiver Ansatz zur präzisen Konfiguration der Betriebstemperaturen, wobei ihre Bedeutung für die Erreichung optimaler Druckbarkeit anerkannt wurde. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Pulverfließfähigkeit bei erhöhten Temperaturen als Voraussetzung für optimale Druckbarkeit. Darüber hinaus hebt die Forschung die Bedeutung von Pulvereigenschaften wie der Partikelmorphologie und der Partikelgrößenverteilung hervor. Wenn sie in Verbindung mit der Schichtdicke betrachtet werden, spielen diese Faktoren eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Pulverfließfähigkeit und haben folglich Auswirkungen auf die Gesamtleistung des Druckens.
Anode-free lithium metal batteries based on locally high concentrated sulfolane electrolyte. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Anodenfreie Lithiummetallbatterien profitieren von der hohen spezifischen Energie von metallischem Lithium, der höchsten unter allen Anodenmaterialien. Die geringe Stabilität der Grenzfläche zwischen Lithiummetall und dem Elektrolyt sowohl hinsichtlich der Morphologie des Lithiums als auch der SEI, verhindert die praktische Nutzung durch Probleme wie Dendritenbildung und geringe Lebensdauer. Lokal hoch konzentrierte Elektrolyte sind ein vielversprechender Ansatz, die Grenzfläche durch Optimierung der Eigenschaften der SEI zu stabilisieren. Die Effekte verschiedener Zyklierungsparameter auf die Lebensdauer und Coulombeffizeinzen anodenfreier Lithiummetallbatterien mit lokal hoch konzentriertem Sulfolan-Elektrolyt wurden charakterisiert und durch ihre Wirkung auf die Morphologie der Anode erklärt. Der Sulfolan-Elektrolyt bildet eine dünne SEI auf Lithium, die während der Zyklierung in einzelne, individuell bewegliche Stücke zerbricht. Dadurch kann sich die SEI an Veränderungen der Morphologie anpassen. Dadurch können deutlich höhere Lebensdauern und Coulombeffizienzen als mit konventionellen Carbonat oder Ether basierten Elektrolyten erreicht werden. Die wichtigsten Zyklierungsparameter sind die Stromdichte und die zyklierte Ladung pro Fläche. Beide verringern die Größe der Bruchstücke und damit Lebensdauer und Coulombeffizienz.
Proximity effect correction in electron beam lithography for high density pattern and device fabrication. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Die Elektronenstrahllithografie zeichnet sich durch ihre hohe Auflösung aus und gilt in vielen Forschungseinrichtungen als bevorzugt Methode zur Herstellung von Bauelementen im Sub-Mikrometerbereich. Ein wesentlicher Limitierungsaspekt in der Auflösung ist der Proximity-Effekt, der durch Elektronenstreuung im Substrat und im elektronenstahlsensitiven Resist verursacht wird. Um den Proximity-Effekt präzise zu kompensieren, insbesondere bei kleinen Strukturen, ist ein vertieftes Verständnis der Faktoren, die diesen Effekt beeinflussen, von entscheidender Bedeutung. Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung des Einflusses von Dotierstoffen, Dotierkonzentrationen und Orientierungen auf den Proximity-Effekt. Zur Bestimmung der Proximity-Effekt-Parameter wurde die Energieverteilung in PMMA-beschichteten Si-Substraten mit unterschiedlichen Konzentrationen verschiedener Dotierstoffe analysiert. Die durch Bildanalyse von REM-Aufnahmen und numerischen Kurvenanpassung an eine mehrfache Gauß'sche Fit-Funktion gewonnenen Parameter, werden in ein, von der Firma Raith vertriebenes, softwarebasiertes Korrekturschema integriert. Die Analyse der Energieverteilungsvariation im Resist aufgrund unterschiedlicher Substrateigenschaften zeigt, dass Dotierstoffe, Dotierkonzentrationen und Orientierungen den Proximity-Effekt beeinflussen. Dieses Ergebnis wird durch statistische Analysen der experimentellen Daten unterstützt. Die Parameter des Proximity-Effekts, welche sowohl experimentell als auch durch Monte-Carlo-Simulation ermittelt wurden, werden anhand der Auswertung von REM-Aufnahmen bewertet. Hierbei werden Proximity-Effekt-korrigierte und unkorrigierte strukturierte Resists auf Si/SiO2-Chips betrachtet. Beide Methoden zeigen nach der Korrektur eine verbesserte Strukturtreue, wobei die experimentell ermittelten Parameter eine Abweichung von weniger als 5,6 % zwischen der beabsichtigten und der realisierten Struktur aufweisen