Conducting polypyrrole decorated by nanosilver for biosensing hydrogen peroxide. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Polypyrrole (PPy) -Nanofasern wurden durch anodische Oxidation an einer Elektrode aus Stahl unter Verwendung eines elektrochemischen template-freien Verfahrens hergestellt. Die Wirkung der PPy-Vorstufe (PPy Primer Layer) und ihre Auswirkung auf die Bildung von PPy-Nanofasern wurde untersucht. In der Masterarbeit werden elektrochemische Methoden zur Herstellung von Silber-Nanopartikeln in wässrigen Lösungen dargestellt und die Abhängigkeit der Größe von der Konzentration von Polyvinylpyrrolidon (PVP). Es wurden Silber-Nanopartikel in wässrigen Lösungen mit PPy-Nanofasern als Träger erhalten, um die Detektionsgrenze für H2O2 zu untersuchen. Die Bildung von Nano-Silber auf der PPy-Nanofaser-Elektrode wurde auch durch Pulver-XRD und FE-SEM Analyse bestätigt.
Optimizing alignment accuracy of nanoimprint using PDMS-based stamps. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
UV Nonoimprint ist die bevorzugte Methode im Vergleich zu thermischen Abformen. In dieser Arbeit wird die SCIL Technologie (Substrate Conformal Imprint Lithography) untersucht. Sie wurde 2010 von SUSS MicroTEc und Philips Research entwickelt. Es ist eine innovative Methode um mit hohem Durchsatz, hohe Auflösungen bei niedrigen Kosten zu realisieren. Die Positioniergenauigkeit ist dabei aber eine wichtigsten Prozesseinschränkungen. Diese Arbeit untersucht den Einfluss einzelner Prozessparameter auf die Positioniergenauigkeit. Alle Prameter wurden optimiert um den Prozess für eine bestmögliche Überlagerungsgenauigkeit einzustellen.
Einfluss von Prozessparametern und Matrixeigenschaften auf die Oberflächenqualität kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffbauteile im Nasspressverfahren. - Ilmenau. - 124 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Außenhautbauteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) für die Automobilindustrie unterliegen hohen Anforderungen bezüglich ihrer Oberflächenqualität. Derzeit werden Sichtoptikbauteile insbesondere im Resin-Transfer-Moulding (RTM) oder Prepregverfahren hergestellt. Das dabei auftretende Phänomen der Faserdurchzeichnung verursacht eine Welligkeit an der Bauteiloberfläche und stellt die größte Herausforderung zur Erreichung einer Class-A-Oberflächenqualität dar. Im Rahmen dieser Arbeit werden relevanten Prozessparameter des Nasspressverfahrens und deren Effekt auf die resultierende Oberflächenwelligkeit untersucht. Für die Beurteilung der Oberflächenqualität werden unterschiedliche Messverfahren gegenübergestellt. Die Weißlichtinterferometrie und das Messsystem "wave scan dual", das die Anteile von unterschiedlichen Wellenlängen eines optischen Profils auswertet, eignen sich für die Bewertung der Oberflächen. Im Gegensatz zum RTM-Verfahren, bei dem eine Erhöhung des Werkzeuginnendrucks zu einer Verbesserung der Oberflächenwelligkeit führt, ist eine Optimierung der Oberflächenwelligkeit durch den Werkzeuginnendruck unter den Randbedingungen des Nasspressverfahrens nicht möglich. Die Werkzeugtemperatur hat einen signifikanten Einfluss auf die Oberflächenwelligkeit, was auf das inhomogene thermische Ausdehnungsverhalten des Verbunds zurückzuführen ist. Es werden die Epoxidharzsysteme Hexion EPIKOTE™ 06000 und Dow VORAFORCE™ 5300 untersucht. Beide Harzsysteme erzielen eine ähnliche Oberflächenqualität, jedoch weist das Dow VORAFORCE™ 5300 eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit auf. Darüber hinaus werden das Potential und die Risiken der Modifikation von Epoxidharzen mit SiO2 Nanopartikeln aufgezeigt. Die SiO2 Nanopartikel reduzieren den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Harzes und führen somit zu glatten Oberflächen. Die nachträgliche Lackierung von CFK-Bauteilen für die Erreichung einer Class-A-Oberflächenqualität ist unumgänglich. Obgleich der Fokus dieser Arbeit nicht auf das Faserhalbzeug gerichtet ist, zeigt es sich, dass die Halbzeugqualität des Gewebes einen signifikanten Einfluss auf die Oberflächenqualität hat. Abschließend wird, basierend auf den Versuchsergebnissen, ein optimales Prozessfenster bestimmt, das den Anforderungen an die Oberflächenqualität bei bestmöglicher Wirtschaftlichkeit entspricht.
Permeabilitätsmodell zur Benetzung von Holzlangspänen mit duroplastischen Kunststoffen. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Das steigende Umweltbewusstsein der Bevölkerung führt zu erhöhter Nachfrage und Verwendung nachhaltiger Rohstoffe im Bereich der Kunststoffindustrie. Diesem Trend folgend werden im Rahmen dieser Arbeit Holzlangspäne zur Verstärkung duroplastischer Kunststoffe eingesetzt. Zur qualitativ hochwertigen und zugleich effizienten Herstellung derartig verstärkter Kunststoffe mittels Resin Transfer Moulding Verfahren werden signifikante Prozessparameter (Vorkompression, Injektionsdruck, Faservolumengehalt) untersucht sowie das Fließverhalten verwendeter Harzsysteme modelliert. Nach Validierung des entwickelten Modells werden Rückschlüsse auf Porenentstehung während der Herstellung gezogen sowie mechanische Eigenschaften hergestellter Probekörper mit gemessenen Porenvolumenanteilen korreliert.
Untersuchung des Innenwiderstandes einer Nariumionenbatterie anhand der elektrochemischen Impedanzspektroskopie. - Ilmenau. - 92 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In dieser Masterarbeit wird der Innenwiderstand einer wässrigen Natriumionenbatterie (Na0,44MnO2//Na2SO4 (aq)-ZnSO4 (aq)//Zn) untersucht. Es wird ein Ersatzschaltbildmodell zur Beschreibung des Innenwiderstandes erstellt und parametrisiert. Die Abhängigkeit des Innenwiderstands vom Druck (20 bis 2 027 kPa) wird mithilfe der Elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) vermessen. Dazu wird ein Zellaufbau entwickelt, in den eine Referenzelektrode integriert ist. Mit numerischen Ausgleichsrechnungen werden die Messdaten analysiert und mit dem Modell abgeglichen. Die Parametrisierung zeigt, dass elektronische Leitung in der Paste vom Ladungssammler (Titan) zum Aktivmaterial (Na0,44MnO2) hauptsächlich über den Leitruß stattfindet. Weiterhin darf der Einfluss des gewählten Stromableiters Titan auf die Impedanz nicht vernachlässigt werden. Die Elektrochemischen Impedanzspektren zeigen eine starke Druckabhängigkeit des Innenwiderstandes. Zwischen 405 und 1 013 kPa ist den Messungen zufolge die geringste Impedanz zu erwarten. Die Impedanzmesswerte bei 15 mHz aller Druckbelastungen weisen darauf hin, dass im DC-Betrieb der Batteriezelle die Ohm’schen Anteile den Innenwiderstand dominieren; die negative Elektrode (Zink) ist sehr wahrscheinlich dafür verantwortlich. Die Messwerte zeigen, dass die Modellvorstellung zur Beschreibung der Impedanz an der negativen Elektrode (Zn) nicht zutrifft. An der positiven Elektrode sind die Effekte der Kapazität und des Widerstands des Titans sowie der Doppelschicht und des Durchtrittswiderstandes am Aktivmaterial mit EIS nicht unterscheidbar. Das Modell wird dahingehend angepasst. Zusätzlich stellt sich heraus, dass die Modellierung der Ionendiffusion in der untersuchten Zelle mit einer Nernstimpedanz nicht zutreffend ist.
Identifizierung neuartiger intermetallischer Phasen unter dem Einfluss von Molybdän und Wärmebehandlung in Al-Gusslegierungen mittels der Röntgendiffraktometrie. - Ilmenau. - 125 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die Arbeit untersucht den Einfluss unterschiedlicher Wärmebehandlungen und verschiedener Legierungssysteme auf die Ausbildung intermetallischer Phasen in AlSi-Legierungen untersucht. Ein besonderes Augenmerk liegt auf dem Einfluss von Molybdän hinsichtlich der Ausbildung Fe-haltiger intermetallischer Phasen. Ein erster Nachweis der Phasen erfolgt über XRD-Messungen in Bragg-Brentano-Anordnung und der Zuordnung der Phasen zu den sich gebildeten Peaks über die PDF-Datenbank der ICDD. Neben Untersuchungen mittels Lichtmikroskop, werden die gebildeten Phasen mittels REM- und EDX-Messungen auf ihre Morphologie und ihre Stöchiometrie hin untersucht. Die Messungen zeigen, dass durch 0,1 wt% Mo die Ausbildung von Nadeln der β-Al5FeSi-Phasen im Druckgussprozess vollständig unterdrückt werden kann. Unter langsamen Erstarrungsbedingungen kann der Phasenanteil im Vergleich zu Mo-freien Legierungssystemen reduziert werden. Mo hat dementsprechend einen einformenden Effekt auf Fe-haltigen intermetallischen Phasen. Dadurch wird die Ausbildung der β-Nadeln weitestgehend unterdrückt und unter den schnellen Erstarrungsbedingungen des Druckgussprozesses vollständig eliminiert. Stattdessen bilden sich blockige α-Al15(Fe,Mn)3Si2-Phasen aus. Infolge eines Lösungsglühens bei 465˚C löst sich ein Teil der Cu-haltige Q- und [Theta]-Phasen durch Fragmentierung und anschließende Sphäroidisierung der Mg- und Cu-Atome in den Al-Mischkristall auf. Auf die Fe-haltigen Phasen hat ein Lösungsglühen bei bei 465˚C keinen Einfluss. Unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Druckgussbauteilen, lassen sich durch Beimengung von Mo und einem optimierten Lösungsglühen, die bruchzähigkeitsmindernden β-Al5FeSi-Phasen in Gänze eliminieren und somit eine Steigerung der mechanischen Kennwerte hinsichtlich Bruchzähigkeit und Dehngrenze erreichen.
Designstudie zur Mikrotransferdruck-Technologie von funktionalen Komponenten für die heterogene Integration von Halbleiter-Bauelementen. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Bei der Mikrotransferdruck-Technologie ([my]TP) werden funktionale Elemente der Halbleiterfertigung (Chiplets) mithilfe eines Elastomer-Stempels von einem Spenderwafer gelöst und zu einem Zielwafer transferiert, auf dem sie auf Waferlevel integriert werden. Vor dem Prozessschritt Mikrotransferdruck findet eine Unterätzung der Chiplets statt, sodass diese nur noch an einer schmalen Halterung (Tether) mechanisch fixiert sind, die beim Druckvorgang zusätzlich als Sollbruchstelle dient. Im Rahmen der Masterarbeit wurden Designvarianten für die Tetherstrukturen unter Berücksichtigung des Ätzverhaltens von Silizium in KOH und der mechanischen Spannungszustände beim Druckvorgang erstellt und untersucht. Durch Prozess- und Strukturvariationen der Tether wurden dabei Sollbruchstellen erzeugt. Die experimentelle Untersuchung des mechanischen Verhaltens erfolgte mithilfe eines Nanoindenters. Die Ausbeute beim Printvorgang wurde hinsichtlich verschiedener Kriterien untersucht und verglichen. Im Ergebnis der Bearbeitung wurden Design-Beschränkungen für die Tether aufgezeigt und Design-Regeln formuliert.
Ermittlung und Analyse des Prozessbereichs und dessen Grenzen beim Aluminiumbolzenschweißen hinsichtlich Werkstofflegierung und Blechstärke. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Das Fügeverfahren, Aluminium-Bolzenschweißen mittels Hubzündung, wird seit mehreren Jahren in der automobilen Großserienproduktion eingesetzt. Der wissenschaftliche Erforschungsgrad dieser Fügetechnik ist gering. Derzeit sind keine nennenswerten wissenschaftlichen Arbeiten verfügbar. Prozessparameter und dessen Grenzen sind bezüglich eingesetzter Werkstoffe nicht definiert. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird der Einfluss verschiedener Bolzen- und Blechwerkstoffe auf die Schmelzbildung ermittelt. Hierzu wurden die Schmelzen der Fügepartner nicht vereint. Somit lässt sich die Schmelzentwicklung an Bolzen und Blech separat betrachten. Die zur Untersuchung herangezogenen Werkstoffe sind der 5000er und 6000er Legierungsserie zugeordnet. Das Schmelzverhalten der Fügepartner wird in verschiedenen Polungsrichtungen und Schmelzzeiten abgetastet. Prozessgrenzen für die jeweiligen Fügepartner sind ermittelt. Mittels der errungenen Kenntnisse gelingt es unter Berücksichtigung zuvor definierter Schmelzgeometrien, Prozessparameter zu definieren. Die Festigkeit der Fügeverbindung ist abgeprüft und liefert vorzeigbare Ergebnisse. Auf Basis der Versuchsergebnisse konnte eine wissenschaftlich fundierte Parameterempfehlung erstellt werden.
Entwicklung einer Dotierstrategie bzw. eines Dotierprozesses zur homogenen Al2O3-Dotierung im Konzentrationsbereich von 0,5... 10 Ma-% von Gemengen für den Plasmaschmelzprozess von Kieselgläsern. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In der vorliegenden Arbeit wurde eine Rohstoffvorbereitung zur Verbesserung der Homogenität mit Aluminiumoxid (Al2O3 ) dotierter Kieselglasbillets untersucht. Dabei wurden zum einen verschiedene Trockenmischungen evaluiert, bei welchen die Korngrößen der verwendeten Materialien Al2 O3 und Siliziumdioxid (SiO2), Mischreihenfolge und Mischaggregat variiert wurden. Zum anderen wurden über Wirbelschicht-Granulation aus Suspensionen mit verschiedenen Ausgangsrohstoffen Granulate hergestellt. Die so gewonnenen Gemenge wurden auf ihre Rütteldichte hin untersucht und im Versuchsmaßstab im Plasmaschmelzprozess zu Billet eingeschmolzen. Es schlossen sich Untersuchungen im Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA) und Rasterelektronenmikroskop (REM) an, um die erreichte Homogenität zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigten, dass durch eine Zugabe von Al2 O3 und SiO2 als Feinstkorn (nm-Bereich) die Homogenitäten der erschmolzenen Kieselgläser verbessert werden können. Eine Verbesserung der Homogenität wurde auch durch die Verwendung eines Gegenstrom-Intensivmischers als Alternativ zum Freifallmischer erzielt. Die Zugabe des Feinstkorn hatte keinen erkennbaren Einfluss auf die Rütteldichten der Gemenge. Die optimalsten Ergebnisse für die Varianz der Aluminiumverteilung zeigten die aus vordotiertem Material über Wirbelstrom-Granulation hergestellten Proben. Die Rütteldichten dieser Proben fielen für eine optimale Schmelze zu gering aus und wurden durch eine nachträgliche Wärmebehandlung verbessert.
Untersuchung eines Konzeptes zur Regelung des Einspritzvorganges durch vorhergehende Schmelzekompression. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines auf maschineninterner Kompressionsmessung basierenden Reglungskonzepts, um die Gewichts- und Volumenkonstanz beim Spritzgießen von Thermoplasten zu verbessern. Dazu wird ein vorliegendes Regelungskonzept auf dessen Sensitivität gegenüber der wirkenden Störeinflüssen zur präventiven Ausschussvermeidung analysiert. Die Prozessstörung wird hierbei durch die gezielte Variation der Schmelzeviskosität und -kompressibilität des verwendeten Polypropylens erreicht. Neben der Funktionsüberprüfung der vorhandenen Regelung wird der Informationsgehalt der Kompressionsmessung untersucht und mit bewehrten Prozesskennzahlen verglichen. Die Erkenntnis aus der Versuchsdurchführung wird an-schließend dazu verwendet das bestehende Regelungskonzept zu optimieren, indem das Füllvolumen basierend auf der gemessenen Schmelzekompressibilität in Kombination des vorherrschenden Einspritzdrucks geregelt wird.