Master-/Diplomarbeiten

Für diese Arbeit wurden geordnete TiO2 Nanoporen-Arrays in organischen Elektrolyten Ethylenglykol + 0,5 Prozent NH4F bei Anodisierungsspannungen 20V und 40V durch das Anodisieren von Ti-Folie erzeugt. Die Anodisierungsspannung beeinflusst den Durchmesser der TiO2 Nanotube. Je höher die Anodisierungsspannung, desto größer der Durchmesser der TiO2 Nanoporen. Die Länge der Nanoporen hängt von der Anodisierungszeit ab. Ist die Anodisierungszeit lange, ergibt sich eine größere Länge der Nanoporen. Der Elektrolyt beeinflusst die Morphologie der TiO2 Nanoporen. Für die Analyse den elektrischen Eigenschaften der geordneten TiO2 Nanoporen-Arrays mit cyclischer Voltammetire und Chronopotentionmetrie, wurde eine ionische Flüssigkeit verwendet. Als Vorteile der ionischen Flüssigkeit sind geringe Entzündlichkeit und Flüchtigkeit, ein großes Potentialfenster und gute Temperaturstabilität zu nennen. In diese Arbeit beschreibt das Cyclovoltammogramm eine quasi-reversible Reaktion, bei der die Peakseparation größer als 114 mV und die Verhältnisse der beiden Peakströme nicht gleich 1 sind. Die spezifische Kapazität der TiO2 Nanoporen Proben Glykol 40 V ist größer als die der Nanoporen Proben Glykol 20V, weil die Menge (also Masse, Volumen usw.) der TiO2 Nanoporen-Probe Glykol 40V größer ist als Glykol 20V. In der Nanostruktur Glykol 40V kommt es daher zu mehreren Li+-Interkalationen und Li+-Deinterkalation, und es werden mehrere Elektronen übertragen. Ist die Anodisierungszeit länger, bleibt die Kapazität der Nanostruktur groß. Die Ursache liegt in der langen Anodisierungszeit bei einer größeren Menge von TiO2 Nanoporen. Aus den Chronopotentiometrie kann die spezifische Kapazität berechnet werden. Die spezifische Kapazität besteht aus irreversibler Kapazität und reversibler Kapazität. Die Ursache der irreversiblen Kapazität liegt in der Bildung von Deckschichte. Die irreversible Kapazität bei Anodisierungsspannung 40 V ist größer als die bei 20 V. Als Ursache wird vermutet, dass die Deckschichten bei Glykol 40 V dicker sind als die bei 20 V. Die Effizienz für die Probe Glykol 40 V 1 h ist größer als die für die Probe Glykol 20 V 1 h. Die Stabilität der Nanostruktur Glykol 20 V besser als Glykol 40 V. Mit Chronopotentiometrie bei unterschiedlichen Strömen wurde eine für 5h bei 40 V anodisierte Probe in 1 M Li+TFSI-, [BMP], [TFSI] untersucht: Bei hohen Strömen (hohe C-Rate) fällt die Kapazität schnell ab, Sie beträgt nur 10 Prozent der theoretischen Kapazität (168 mA h/g). Die Ursache wird vermutet, dass die große Viskosität der Elektrolyten ist. In diese Arbeit wird der Elektrolyt Li+TFSI-, [BMP], [TFSI] verwendet. Ihre Viskosität ist hoch, sodass sich ein kleiner Diffusionskoeffizient ergibt. Bei dem hohem Strom läuft die Redoxreaktion schnell ab, sodass nicht alle Li+ eingelagert / ausgelagert werden können. Die Kapazität ist klein. Das ist die Spekulation. Wenn Ladungs- und Endladungsstrom 11,2 myA (C/5) betragen, ist die spezifische Kapazität mit 138 mA/g angegeben. Nach ungefähr 30 Zyklen, wenn der Strom wieder bei 11,2 myA (C/5) ist, hat sich die spezifische Kapazität nicht vermindert, liegt auch bei 138 mA/g und stabil. Wenn der Ladungs- und Entladungsstorm 5,6 myA (C/10) beträgt, vermindert sich die spezifische Kapazität nach etwa 40 Zyklen nicht, sondern hat einen Wert von 181 mA h/g. Die Stabilität der Ladung/Entladung für die Nanoporen-Struktur Glykol 40V 5h ist daher als gut einzuschätzen. Für die Thematik "Elektrochemische Herstellung und Charakterisierung von porösem Titanoxid als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien" können in weitergehenden Arbeiten einige Aspekte vertieft werden. An erster Stelle kann die Kristallstruktur von TiO2 Nanoporen erzeugt und ihre elektrochemischen Eigenschaften durch cyclische Voltammetrie und Chronopotentiometrie in 1 M Li+TFSI-, [BMP], [TFSI] untersucht werden. Die geordneten TiO2 Nanoporen können auch in Glycerin erzeugt und danach in ionischen Flüssigkeiten charakterisiert werden. Es gibt auch eine andere Möglichkeit: Die Erzeugung gemischter TiO2 Nanostrukturen aus kristallinen und amorphen Struktur. In der zyklischen Voltametrie und in galvanostatischen Verfahren wird diese neue Flüssigkeit Verwendung finden können, beispielsweise In 1 M LiPF6 mit Ethylene Carbonate und Dinethyl Carbonate (im Verhältnis 1:1). Die TiO2 Nanoporen-Struktur in diesen Elektrolyten weist vielleicht eine größere Kapazität bei hohen Strom auf.

Bei Sonderfarben für Gläser, die zwischen grün und braun liegen, treten Produktionsfehler auf, deren Ursache bisher nicht geklärt werden konnte. Diese schlierenförmigen Farbstreifen beeinträchtigen nicht nur die Ästhetik, sondern auch die automatische Inspektion von Mehrwegflaschen. Die Glasfarbe oliv ist besonders anfällig gegen Störungen des Redoxgleichgewichtes beim Schmelzprozess. Neben Scherbenverunreinigungen kommen andere Ursachen wie z. B. Verschiebung des Redoxgleichgewichtes von Eisen oder ungeeignete Gemengekomponenten für diesen Fehler in Frage. Durch Analyse der Fehler aus der laufenden Produktion, vergleichende Laborschmelzen und Probenahme an zugänglichen Stellen im Feeder werden die Fehlerursache und der Fehlerort eingegrenzt. In Laborschmelzen können bekannte Einflussgrößen getrennt und in Kombination durchvariiert werden. Aus diesem Grund wird bei den durchgeführten Laborschmelzen das unterschiedliche Schmelzverhalten von Gemenge und Scherben sowie der Einfluss unterschiedlicher Rohstoffe und Atmosphären untersucht. Zur Analytik werden neben visuellen Methoden auch Transmissionsmessungen, nasschemische Bestimmung des Redoxzustandes von Eisen und Schwefel und Elektronenmikroskopie mit energiedispersiver Analyse eingesetzt. Durch die vorliegende Arbeit werden Ort und Ursachen der Entstehung der braunen Schliere in oliv gefärbten Behälterglasflaschen eingegrenzt und Vorschläge abgeleitet, die zur vollständigen Klärung des Problems beitragen.

Das Teilprojekt B7 "Nanotools" des Sonderforschungsbereiches 622 an der Technischen Universität Ilmenau verfolgt die Entwicklung von Werkzeugen zur Integration in die Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NPMM). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zur Konzeptionierung einer mikrotechnisch hergestellten Reaktorkammer für ein laserinduziertes Mikroplasma. Die zu konzeptionierende Reaktorkammer dient als Quelle für ein selektives Plasmaätzverfahren. Die gepulste Strahlung eines Nd:YAG-Lasers wird durch eine Optik ins Innere der Reaktorkammer geführt und dort in einer SF6-Gas-Atmosphäre fokussiert. Die beim optischen Plasmadurchbruch vorherrschende hohe Energiedichte bzw. das Vorhandensein von angeregten Teilchen, ermöglicht die Erzeugung von chemisch reaktiven Ätzmedien. Durch Extraktion der reaktiven Plasmaspezies aus dem Reaktor zu einer Probe hin, ist eine gezielte Bearbeitung ausgewählter Halbleitermaterialien, wie z.B. Silizium, an einer betreffenden Stelle im sub-m-Bereich möglich. Die Schwerpunkte zur Konzeption eines Mikroplasmareaktors lagen bei Untersuchungen zu den mechanischen und optischen Eigenschaften der verwendeten AlN-Dünnschichtmembranen unter dem Einfluss einer laserinduzierten Plasmazündung. Das optische Transmissionsverhalten der AlN-Dünnschichtmembranen wurde charakterisiert. Hieraus wurde ein Optimum zwischen Schichtdicke und Transmissionsgrad der verwendeten Laserwellenlänge etabliert. Zur Untersuchung der mechanischen Stabilität der Dünnschichtmembranen wurden Schalldruckmessungen am Laserplasma, hydrostatische Drucktests und Bruchtests unter dem Einfluss laserinduzierter Schockwellen durchgeführt. Als Ergebnis der Untersuchungen konnte ein Konzept zum Aufbau eines mechanisch und chemisch stabilen Mikroplasmareaktors abgeleitet werden.

In der modernen Fertigung besitzen metallische Werkstoffe einen hohen Stellenwert. Dies kann auf deren guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie dem jahrelangen Umgang mit diesen Werkstoffen zurückgeführt werden. Mit der Forderung nach Leichtbau im Automotive- und Maschinenbausektor zur Reduzierung des Rohstoff- und Energieverbauchs bei der Herstellung sowie Nutzung stieg die Weiterentwicklung von Faserverbundkunststoffen (FVK). Das resin transfer molding (kurz: RTM-Verfahren) zählt hierbei zu den weitverbreitetsten Herstellungsverfahren für FVK. Es zeichnet sich durch die hohe Reproduzierbarkeit beidseitig glatter Flächen und somit gleichbleibender Bauteilqualität aus. Kurze Taktzeiten ermöglichen die Fertigung großer Stückzahlen. Da jedes Bauteil ein separates Werkzeug mit Formnest benötigt, ist die Anwendung dieses Verfahrens für kleine Stückzahlen unrentabel. Im Fachgebiet Kunststofftechnik (KTI) der Technischen Universität Ilmenau werden im Forschungsprojekt FiLiMA unterschiedliche RTM-Werkzeuge für die Herstellung von FVK benötigt. Daraus resultiert die Anschaffung mehrerer kostenintensiver Werkzeuge. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein RTM-Formrahmen mit modularem Werkzeugeinsatz konzipiert und konstruiert, der im Gegensatz zu den bisherigen Formwerkzeugen die Fertigung verschiedener Faserverbundbauteile ermöglicht. Die Bauteilvariation wird durch den vereinfachten Austausch von Werkzeugeinsätzen in den RTM-Formrahmen realisiert. Alle prozessrelevanten Komponenten wurden aus dem Werkzeug in den Formrahmen verlagert. Mit der Umsetzung des technischen Gebildes soll das RTM-Verfahren für geringe Stückzahlen, durch eine Komplex- und Kostenreduktion der Werkzeugeinsätze, rentabel werden. Für die Fertigung wurden alle notwendigen Fertigungsunterlagen (Technische Zeichnungen, Stückliste, Montageanleitung) bereitgestellt. Alle standardisierten Schnittstellen für die Kopplung weiterer Werkzeugeinsätze wurden dargelegt.

Inhalt dieser Arbeit ist eine Untersuchung von verschiedenen Beschichtungen, die auf Glas aufgebracht werden. Im ersten Teil geht es um Primer, die auf Mündungen von Glascontainern aufgebracht werden, um die Haftung von Siegelfolien zu verbessern. Im zweiten Teil geht es um Sol-Gel-Beschichtungen, die das Ablaufen von Lebensmitteln verbessern sollen. Dafür wurden Sol-Gel-Schichten erzeugt, untersucht und eine Berechnung der Oberflächenenergie wurde durchgeführt. -Kalknatronglas, -Beschichtung von Objektträgern mit unterschiedlichen Sol-Gel-Schichten und anderen Beschichtungen, - Kontaktwinkelmessung, Berechnung der Oberflächenspannung der Proben, Bestimmung des Abrollwinkels von verschiedenen Flüssigkeiten/Lebensmitteln, - Recherche zu möglichen Verbesserungen der Schichten durch Plasmabehandlung.