Universität Stuttgart
Permanent URI for this communityhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/1
Browse
7 results
Search Results
Item Open Access Multistep reactions of molten nitrate salts and gas atmospheres(2024) Steinbrecher, Julian; Thess, André (Prof. Dr.)Dissertation zur Untersuchung der Stabilität von Nitratsalzschmelzen unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen und Temperaturen.Item Open Access Herstellung, Charakterisierung und Testung von Zeolithkatalysatoren für die Alkoholumsetzung(2024) Dittmann, Daniel; Dyballa, Michael (PD Dr.)Item Open Access Calculation of pure substance and mixture viscosities using PCP-SAFT and entropy scaling(Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik, 2020) Lötgering-Lin, Oliver; Gross, Joachim (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Soft materials for acoustic applications(2022) Choi, Eunjin; Fischer, Peer (Prof. Dr.)Ultrasound finds wide application in imaging and testing because ultrasound can penetrate tissue and is benign. Gaseous microbubbles strongly scatter ultrasound and are therefore used as contrast agents. Ultrasound responsive materials can be used for many industrial and biomedical applications. Ultrasound can also be used to exert forces and manipulate particles solution and biological cells. In this thesis, material systems are developed for three application areas: 1) models of human organs for the quantitative evaluation of surgical procedures with ultrasound; 2) the fabrication of soft objects by assembling polymeric particles with ultrasound and the acoustic hologram; and 3) the characterization of antibubbles as novel contrast agents that can carry a fluid load. Organ phantoms serve as tools in medical fields to train and plan medical procedures. However, current organ phantoms miss important features or are not realistic. Current models tend to possess a Young’s modulus that is much higher than that of tissue. Furthermore, many of the current models do not show the correct contrast in a medical imaging setting. This thesis presents high fidelity organ phantoms that possess the correct elasticity, compliance, optical appearance, and correct ultrasound contrast. One model is developed for cystoscopy (CY) of the bladder. Another phantom for the transurethral resection of the prostate (TURP). The quality of the phantoms is validated by medical practitioners. For CY, the execution time of the medical practitioners is recorded to completely map the inside of the bladder phantom while localizing tumor models that have been embedded in the bladder wall. For TURP, the quality of the resection is compared with ultrasound imaging before and after the surgical simulation. Parameters are defined to quantify the success of the procedure. The phantoms developed as part of this thesis have received high satisfaction scores from medical practitioners. The parameters reflect the experience of the surgeons. In assembling soft matter, one challenge is that existing 3D printing methods are slow. In contrast, the use of ultrasound patterns shaped with a recently invented acoustic hologram allows objects to be built at once. In this thesis, polydimethylsiloxane (PDMS) particles have been assembled into two-dimensional shapes with ultrasound. To fix the assembly, the PDMS has been physically functionalized with an initiator using swelling. Suitable swelling solutions have been determined based on their solubility. The stability of the physisorbed initiators is evaluated, and the functionalized PDMS particles are fixed via photopolymerization after assembly in aqueous polyethylene glycol dimethacrylate (PEG-DMA) solutions. The fabrication steps can be repeated to increase the thickness of structures that are mechanically stable. The antibubble is an emerging ultrasound contrast agent. It has an inverse form to a conventional bubble in that a substance in the core is surrounded by a gaseous layer. The antibubble is acoustically responsive and, compared to conventional microbubbles, can carry a much greater load. In this thesis, the structure of antibubbles is examined. In particular, the volume of the load is quantified, and the amount of gas per bubble is estimated. The stability of the core substance against diffusion is investigated and shown to be stable for over 11 h.Item Open Access Degradation study on solid oxide steam electrolysis(2020) Hörlein, Michael Philipp; Friedrich, K. Andreas (Prof. Dr.)Untersuchung der Degradation von Festoxidzellen im Elektrolysebetrieb von Wasserdampf anhand von Variationen der Betriebsbedingungen.Item Open Access Renewable district energy systems with formic acid based hydrogen storage(2022) Lust, Daniel; Eicker, Ursula (Prof. Dr.)In zukünftigen Energiesystemen mit einem hohen Anteil fluktuierender Energieerzeugung durch Windkraft und Photovoltaik, wird Wasserstoff aus einer Elektrolyse eine zunehmend wichtige Rolle einnehmen. Die lokale Speicherung und der Transport von Wasserstoff sind jedoch technologisch herausfordernd. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Wasserstoffspeicherung ist das Laden und Entladen eines Trägermoleküls, was oftmals eine drucklose Speicherung und die Verwendung bestehender Transportinfrastruktur erlaubt. Ameisensäure enthält 4.4 Gew.-% Wasserstoff, ist unter Umgebungsbedingungen flüssig und damit ein potentiell geeignetes Wasserstoffträgermolekül. Die zugrunde liegende Forschungsfrage dieser Arbeit ist, ob und unter welchen Voraussetzungen ameisensäurebasierte Wasserstoffspeicher für eine Anwendung als saisonaler Energiespeicher im Gebäudesektor geeignet sind. Ein Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung ameisensäurebasierter Wasserstoffspeichersysteme. Es werden drei Systeme beschrieben mit jeweils den folgenden Hauptkomponenten: eine reversible Wasserstoffbatterie, Flussreaktoren für die Hin- und Rückreaktion von Wasserstoff zu Ameisensäure und ein CO2-Elektrolyseur für die direkte elektrochemische Reduktion von gasförmigem CO2 mit Wasser zu Ameisensäure. Die entwickelten Modelle wurden mit experimentellen Daten oder Literaturwerten validiert. Weiterhin werden Verfahren zur Dimensionierung dieser Systeme, zur Betriebsführung und zur Integration in bestehende Energiesysteme gezeigt. In einer Fallstudie werden verschiedene Leistungsparameter der drei Systeme, wie Wirkungsgrad, Platzbedarf und Systemkomplexität, bewertet und einem Referenzsystem gegenübergestellt. Es hat sich gezeigt, dass eine übertragbare, regelbasierte Dimensionierung der Systeme aufgrund der hohen Systemkomplexität unzureichend ist. Optimierungsverfahren, z.B. mit genetischen Algorithmen, könnten zu besseren Ergebnissen führen, setzen jedoch das Vorhandensein von Systemmodellen voraus. Die Fallstudie für ein Gebäudecluster hat ergeben, dass der CO2-Elektrolyseur insgesamt das am besten geeignete System für eine Anwendung als Energiespeicher ist. Die Zugänglichkeit flüssiger Ameisensäure ermöglicht einen einfachen Energietransport und die Reaktion läuft unter moderaten Bedingungen ab. Der CO2-Elektrolyseur wurde daraufhin detaillierter betrachtet und wesentliche Parameter für die Fallstudie optimiert. Durch hohe Überspannungen der Elektrolysezellen weist der CO2-Elektrolyseur jedoch einen geringen Gesamtwirkungsgrad auf, wodurch in der betrachteten Fallstudie kein wirtschaftlicher Betrieb möglich ist. Auch die Erhöhung der Eingangsleistung durch die Hinzunahme von Kleinwindkraftanlagen hat nur einen geringen Einfluss auf die Gesamtperformance des Systems. Weiterer Forschungsbedarf zur hardwareseitigen Verbesserung des CO2-Elektrolyseurs und zur Steuerung und Betriebsführung mit fluktuierender elektrischer Last ist demnach notwendig um den Wirkungsgrad zu erhöhen und einen wirtschaftlichen Einsatz des Systems als saisonaler Energiespeicher zu ermöglichen.Item Open Access Interfacial mechanics and liquid crystal structure of liquid gallium(2021) Yunusa, Muhammad; Sitti, Metin (Prof. Dr.)This dissertation aims to shed light on the fundamental aspects of supercooled liquid gallium. First, the mechanical properties of the oxide skin encapsulating the supercooled liquid gallium droplet is investigated. By leveraging the supercooling behavior of gallium and the formation of its oxide skin, we characterized the emergence of wrinkling at the interface and adhesion energy between the liquid gallium and rigid substrate. An interfacial energy of 0.238 ± 0.008 J m-2 was measured between gallium droplet and flat glass. Second, seed induced crystallization of supercooled liquid gallium on the different substrate materials revealed the dependence of the kinetics of crystallization on thermal behavior of the substrate. Such approach further elucidates on the importance of interface temperature during crystallization with a preferred orientation. The third part of the dissertation reports an unprecedented liquid crystal structure in supercooled liquid gallium. By the use of techniques applied in liquid crystal (LC) research, observation of LC texture in supercooled liquid gallium was realized. Reflective polarized optical microscopy (R-POM) on liquid gallium sandwiched between glasses treated with rubbed polymers reveals the onset of an anisotropic reflection of possible dimer molecules or clusters at 120°C that increases on cooling and persists down to room temperature or below. On the other hand, when gallium is sandwiched between substrates that align conventional liquid crystal molecules normal to the surface, the reflection is isotropic. This observation of LC structure of a highly electrically conductive supercooled liquid gallium provides an unexpected new field of materials science and liquid crystal research.