14 Externe wissenschaftliche Einrichtungen
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Item Open Access Density profiles of ionic liquids at a hard wall(2008) Schramm, Sebastian M.In this work a high energy x-ray reflectivity study of deeply buried interfaces between room temperature ionic liquids (RTILs) and a sapphire hard wall is reported. For the first time the interfacial structure was obtained with molecular resolution. The experiments have been carried out at beamline ID15A (ESRF, Grenoble) using the HEMD (High Energy Micro Diffraction) instrument. The thorough analysis of the experimental reflectivities gives clear evidence of a pronounced molecular layering at the RTIL-solid interface. The periodicity of the molecular layering corresponds to correlation distances in the bulk liquid RTILs. The values of the surface tension seem to be unrelated to the interfacial structure. RTILs are molten salts consisting solely of ions with a melting point below 100 °C. Most RTILs are composed of relatively large (polyatomic) organic cations and inorganic anions. In the last few years the interest in them experienced an enormous growth. Their unique and useful properties like non-volatility, low melting point, and a wide electrochemical window render them suitable for a wide range of applications, i.e. as green solvents, or as electrolytes in a variety of electrochemical processes. In most of the applications of RTILs the RTIL-solid interface plays a crucial role. Four different RTILs were studied. Two of them share the same cation, 1-butyl-3-methylimidazolium, with the most widely used and extensively studied anions, tetrafluoroborate and hexafluorophosphate. The other two RTILs fall into a more recent class of RTILs with higher electrochemical stability. They share the same anion, bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, and a pyrrolidinium-based and an imidazolium-based cation, respectively. The systematic exchange of the ion types within these four RTILs revealed a distinct impact of the ion pair on the interfacial behavior. Sapphire wafers with a (0001) surface served as a model system for a hard wall. Further information on interactions within the probed systems was gained by measurements of the interfacial tensions with air and n-hexane for all four RTILs at ambient condition. The surface tension of the RTILs is higher than the one for n-hexane but still smaller than the one for water. The measurements revealed that small changes in the nature of the ions have only a minor impact on the value of the surface and interfacial tension. In order to correlate the results for the interfacial structures with the bulk properties of the RTILs, bulk liquid x-ray scattering experiments were carried out at all four RTILs. These measurements revealed the presence of significant spatial correlations.Item Open Access Legierungseinflüsse auf die Elektromigration in Submikrometer Aluminium-Leiterbahnen(2001) Böhm, JochenIn dieser Arbeit wurde der Einfluss von ionenimplantiertem Kupfer und Sauerstoff auf das Elektromigrationsverhalten von 0,5 µm breiten Aluminium-Leiterbahnen mit Bambusstruktur untersucht. Der Einfluss der Schädigung durch die Implantation wurde an Aluminiumproben untersucht, die mit Aluminium implantiert wurden. Die Messungen an diesen Proben zeigten keinen Unterschied im Vergleich zu Proben aus unimplantiertem Aluminium. Untersuchungen im Transmissionselektronenmikroskop von ausgelagerten Proben ergaben ebenfalls keinerlei Hinweis auf Schädigung durch die Implantation von Kupfer oder Sauerstoff. Die Ionenimplantation hatte somit auch keinen Einfluss auf die Kornstruktur. Dieser Sachverhalt erlaubte die Untersuchung von Proben mit unterschiedlichen Legierungszusätzen bei gleichzeitig unveränderter Mikrostruktur. Es wurde der elektrische Widerstand im Rasterelektronenmikroskop in-situ gemessen. Während der Elektromigration war in allen untersuchten Proben ein Materialabtrag beobachtbar, der nicht gleichmäßig erfolgte. Am Kathodenende der untersuchten Leiterbahnen waren Poren sowie Reste des Leiterbahnmaterials sichtbar, am Anodenende wurden Hügel und Whisker beobachtet. Das kritische Produkt von kurzen Leiterbahnen aus reinem Aluminium war kleiner als das bei den legierten Proben. Dies stimmt mit der Vorstellung überein, dass das kritische Produkt durch die mechanische Festigkeit des Leiterbahnmaterials bestimmt wird. Bei langen Leiterbahnen mit Reservoir-Ende war die Driftgeschwindigkeit der mit Kupfer und Sauerstoff implantierten Bahnen dagegen größer als bei unimplantierten Proben aus reinem Aluminium. In welchem Material die Driftgeschwindigkeit größer ist hängt daher von der Länge der Leiterbahn und von der angelegten Stromdichte ab. Der zeitabhängige Verlauf des Materialabtrags in kurzen Bahnen wurde mit einem neuen Modell beschrieben, das den Effekt des nicht gleichmäßigen Abtrags berücksichtigt.Item Open Access Molekulardynamik feuchter granularer Medien(2005) Goll, Christian MartinZiel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines feuchten granularen Mediums mit Hilfe einer Molekulardynamik-Simulation. Für die Simulation wurden zwei verschiedene mikroskopische Modelle von Wasserbrücken zwischen den einzelnen Teilchen des Granulats verwendet. Beide besitzen aufgrund ihrer Hysterese eine Dissipation in der Energie. Das Medium wird durch ein von außen angelegtes Potential geschert. In Abhängigkeit der Stärke dieses Potentials zeigt es einen Phasenübergang von fest nach flüssig. Die feste und flüssige Phase wird mit Hilfe der Diffusionskonstante $D$ und der granularen Temperatur $T_{Gran}$ von einander unterschieden. Der Phasenübergang wurde gefunden und dessen Parameter in Abhängigkeit der Dichte und Form der Wasserbrücken vorläufig bestimmt. Zusätzlich wurde die Anzahl der Wasserbrücken pro Teilchen für die Simulation ermittelt und mit experimentellen Daten verglichen. In Zukunft soll ein Vergleich zwischen Computer-Tomographie Daten und der Simulation mit der Hilfe von Minkowski-Funktionalen stattfinden. Der Programm-Code der Molekulardynamik-Simulation wurde durch die Simulation eines Lennard-Jones-Fluids überprüft. Für das LJ-Fluid konnte die kritische Isotherme in Übereinstimmung mit den aus der Literatur bekannten Werten gemessen werden. Die kritischen Fluktuationen der Teilchen des LJ-Fluids wurden gemessen und mit Hilfe der Minkowski-Funktionale analysiert und qualitativ beschrieben. Mit Hilfe einer Gausschen Näherung der Minkowski-Funktionale, konnte gezeigt werden, dass für die Beschreibung dieser Fluktuationen die 2-Punkt-Korrelationsfunktion nicht ausreichend ist, sondern zusätzlich $n$-Punkt-Korrelationsfunktionen verwendet werden müssen. Für die Gausschen Näherungen konnte eine Divergenz der Minkowski Funktionale bei der kritischen Temperatur $T^*_c$ und somit ein Skalierungsverhalten nachgewiesen werden. Ein Test dieses Verhaltens steht für die vollen Minkowski-Funktionale noch aus. Auch die Bestimmung der kritischen Exponenten war aufgrund numerischer Fehler nicht möglich. Das kritischen Verhalten der Minkowski Funktionale muss aber noch für weitere Systeme, wie z.B. für das 3-D-Isingmodell, untersucht werden. Es wurden bisher auch keine Auswirkungen von finite-size-Effekten untersucht.Item Open Access Fernübertragung regelbarer Solarenergie von Nordafrika nach Mitteleuropa(2013) Hess, DenisDie Forschungsergebnisse regelbarer Solarstromimporte zeigen ein wissenschaftliches Bild, welches Menschen auf kommunaler Ebene in vier Nationen mit Hilfe von erneuerbaren Energien verbinden kann. Die rein wissenschaftliche Modellstudie umfasst die integrale Betrachtung eines regelbaren Solarstromtransfers von Marokko nach Baden-Württemberg. Hierbei wird eine Analyse von gesellschaftlichen, technischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten dargestellt. Es wird gezeigt welche politischen Rahmenbedingungen gelten. Anhand des Beispiels Baden-Württembergs wird der Strombedarf aus erneuerbaren Energien mit bis zu 95% analysiert. Als Importmöglichkeit von gut regelbaren erneuerbaren Energien als ideale Ergänzung zu den heimischen fluktuierenden Energien bietet sich elektrischer Strom aus solaren Dampfkraftwerken in Nordafrika an. Für die Fernübertragung wird eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung verwendet, welche verlustarm und kosteneffizient den Strom transportiert. Eine Kostenrechnung stellt die Gesamtkosten von 11,7 €Cent/kWh und die potentielle Ersparnis von bis zu 3,8 Mrd. € gegenüber regelbaren fossilen Energien da. Für die Umsetzung werden Bürgerbeteiligungskonzepte erläutert und Strategien für die Finanzierung gezeigt. Eine internationale genossenschaftliche Projektstruktur soll den Rahmen für eine Umsetzung als Bürgerprojekt mit demokratischer Legitimation auf kommunaler Ebene sichern. Dauerhaft Betroffene werden so zu dauerhaft Beteiligten und ggf. sogar zu Initiatoren des Projekts. Hierdurch entsteht eine Partnerschaft mehrerer Nationen auf kommunaler Ebene, die durch politische Arbeit auf Regierungsebene unterstützt werden kann.