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Show/Hide Abstract Jahresbericht 2007 - Universität Bayreuth Rechenzentrum (2008)
Universität Bayreuth Rechenzentrum Jahresbericht des Rechenzentrums
Show/Hide Abstract Footprint synthesis for the FLUXNET site Waldstein/Weidenbrunnen (DE-Bay) during the EGER experiment (2008)
Lukas Siebicke
no abstract
Show/Hide Abstract ExchanGE processes in mountainous Regions (EGER) Documentation of the Intensive Observation Period (IOP2) June, 1st to July, 15th 2008 (2008)
Andrei Serafimovich Lukas Siebicke Katharina Staudt Johannes Lüers Martina Hunner Tobias Gerken Stephanie Schier Tobias Biermann Friederike Rütz Jannis von Buttlar
no abstract
Show/Hide Abstract ExchanGE processes in mountainous Regions (EGER)- Documentation of the Intensive Observation Period (IOP1) September, 6th to October, 7th 2007 (2008)
Andrei Serafimovich Lukas Siebicke Katharina Staudt Johannes Lüers Tobias Biermann Stephanie Schier Thomas Foken
no abstract
Show/Hide Abstract Mesoscale Modeling of Phase Behavior in Thin Films of Cylinder-Forming ABA Block Copolymers (2008)
Andriana Horvat
In this thesis modeling results on structure formation in thin films of cylinder-forming block copolymers are presented and discussed. The computational study of the equilibrium phase behavior in thin films is complemented by detailed comparison with a real experimental system. Additionally, the dynamics in such films at various length and time scales (the dynamics of individual defects and the dynamics of surface relief structures) is studied. The strength of the presented thesis is the comparison of thin block copolymer film equilibrium and dynamic behavior in experiments and in computer simulations. This comparison supplies an in-depth understanding of the processes in thin films and near the surfaces in thick films and allows to identify the important control parameters of nanopattern formation. Chapters 4 and 5 report on the phase behavior of thin films of asymmetric block copolymers. In addition to the surface induced alignment of hexagonally ordered cylinders, an adjustment to the planar symmetry of the surface by formation of surface reconstructions is found to dominate the phase behavior in thin films. The large parameter space covered by the simulations allows to distinguish the effects of the two constraints characteristic for thin films: the surface field and the film thickness. The deviations from the bulk cylinder structure, both in the vicinity of surfaces and in thin films are identified as surface reconstructions. The stability regions of different phases are modulated by the film thickness via interference and confinement effects. The results give evidence of a general mechanism that govern the phase behavior in thin films of modulated phases: The interplay between the strength of the surface field and the deformability of the bulk structure determines how the system rearranges in the vicinity of the surface. Chapters 6 and 7 present a systematic study of defects in thin films of cylinder-forming block copolymers. In particular, the peculiarities of both classical and specific topological are considered in detail, and a strong relationship between the defect structures and the chain mobility in block copolymers is observed. In the systems studied, representative defect configurations provide connectivity of the minority phase in the form of dislocations with a closed cylinder end or classical disclinations with incorporated alternative, nonbulk structures with planar symmetry. In solvent-annealed films with enhanced chain mobility, the neck defects (bridges between parallel cylinders) were observed. This type of nonsingular defect has not been identified in block copolymer systems before. It is shown, that topological arguments and 2D defect representation, sufficient for lamellar systems, are not sufficient to determine the stability and mobility of defects in the cylindrical phase. In-situ scanning force microscopy measurements are compared with the simulations based on DDFT. The close match between experimental measurements and simulation results suggests that the lateral defect motion is diffusion-driven. Finally, the morphological evolution is considered with the focus on the motion and interaction of the representative defect configurations. Chapter 7 reveals dynamic simulations and in-situ SFM measurements of defect annihilation. Along with the lateral movement of defects, the annihilation frequently proceeds through local structural transitions. The role of the observed structural evolution is discussed in the context of the equilibrium phase behavior of cylinder-forming thin films, studied in chapters 4-5. Chapter 8 presents a study of terrace formation in thin films of a cylinder-forming block copolymers by a computational DDFT method. The results are compared with in situ SFM measurements of SBS block copolymer thin films. This chapter focuses on the early stage of terrace formation, where 80% of height changes occur. Experimental and simulation results agree that the change of the local height is strongly connected to the changes in the local microstructure. The detailed pathways of the structural transitions, as revealed by simulations, suggest a diffusion of block copolymer chains along the microstructure interfaces and indicate an important role of cylinders with necks as a material-transport-channel between neighboring terraces in thin cylinder-forming films. Both systems (in experiment and in simulations) show excellent quantitative agreement in detail of structural phase transitions and in the dynamics of the step development, suggesting that the underlying transport mechanisms are governed by diffusion.
Show/Hide Abstract Die Finanzierung von Eigentumswohnungen in Addis Abeba. Eine diskursanalytische Annäherung an Wohneigentum (2008)
Nadine Wenzel
Die Stadtregierung Addis Abebas begann im Jahr 2004 der zunehmend sichtbaren städtischen Wohnungskrise mit einem "Integrated Housing Development Program" (IHDP) entgegen zu wirken. Innerhalb dieses Großprojekts war bis zum Jahr 2011 der Bau von 225.000 Wohnungen vorgesehen, die ursprünglich zur Hälfte der unteren Einkommensschicht1 in Addis Abeba zur Verfügung gestellt werden sollten (Addis Ababa City Government 2007). Die Einheiten dieser so genannten Condominium-Appartment-Häuser, die in jüngster Zeit meist bis zu 7 Etagen erreichen, waren von Beginn an nur für den Eigentumskauf gedacht. Per Losverfahren erhalten registrierte Bewerber eine Zuteilung. Bereits im Jahr 2005 konnten die ersten Begünstigten des IHDP ihre Eigentumswohnung beziehen. Die als Last empfundene Finanzierung dieser einmaligen Chance auf die eigenen vier Wände trübt im Alltag vieler Familien der unteren Einkommensschicht jedoch die Freude über ihr Losglück. Aussagen aus den im Rahmen dieser Arbeit geführten Tiefeninterviews mit Haushaltsmitgliedern über ihr Wohnungseigentum und dessen Finanzierung geben darüber hinaus eindeutige Hinweise darauf, dass Einwohnern von Addis Abeba letztendlich keine Wahlmöglichkeiten hinsichtlich ihres Wohnraumes gegeben sind. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht nicht eine Evaluierung des IDHP, sondern eine kritische Auseinandersetzung (Diskursanalyse) des öffentlichen Diskurses über die Schaffung von Wohneigentum in Addis Abeba. Die empirische Untersuchung konzentriert sich auf drei Forschungsfragen: 1. Welche Diskurse prägen die Wohnungspolitik in Addis Abeba? 2. Ist Eigentum an Wohnraum im äthiopischen Kontext gesellschaftlich relevant? 3. Gibt es eine Beziehung zwischen den Diskursen und dem Rückzahlungs-Verhalten der Begünstigten? Ein Ziel der Forschung war der Versuch, das Feld des ‚Denkbaren’ und ‚Sagbaren’ im Kontext des IHDP auf der Basis von Medienberichten, Dokumenten und Aussagen von Experten zu identifizieren. Gibt es Anzeichen eines hegemonialen Diskurses, der durch seine Wirkmächtigkeit andere Optionen, insbesondere Alternativen zu Wohneigentum, wie bspw. Miete, nicht mehr denkbar erscheinen lässt? Auf Grundlage einer poststrukturalistischen Perspektive, die die Bedeutung von sprachlichen Strukturen und deren Offenheit für die Wirkung von Vorstellungen und Normen in der Praxis anerkennt, wurde FOUCAULTs Empfehlung gefolgt, den Existenzbedingungen eines Diskurses nachzugehen. Wohneigentum scheint für alle Einkommensgruppen eine gesellschaftliche Norm zu sein. Die Konsequenzen für das monatliche Budget und die alltäglichen Handlungsoptionen von Eigentümerhaushalten sind ein wichtiger Teil der empirischen Ergebnisse. In Äthiopien werden die Option eines öffentlichen und privaten Mietwohnungsbaus sowie die Notwendigkeit eines Mieterschutzgesetzes innerhalb der Wohnungspolitik anscheinend nicht gesehen.
Show/Hide Abstract Gesundheitsförderung an Schulen am Beispiel von Rauchprävention bei Schüler/innen der 5. Jahrgangsstufe an Gymnasien (2008)
Christine Geier
Rauchprävention ist Teil der lehrplanbezogenen Gesundheitserziehung an Schulen und wird fächerübergreifend unterrichtet. Dafür bietet sich das schülerorientierte Lernen an Stationen´ an. In dieser Arbeit wurde die Effektivität dieser offenen Unterrichtsform in der 5. Jahrgangsstufe an Gymnasium (NSchüler = 415) hinsichtlich verschiedener Variablen empirisch untersucht. Eine neu konzipierte Unterrichtseinheit basierend auf Stationen wurde hinsichtlich der Effektivität des kooperativen Lernens und der intrinsischen Motivation untersucht. Die Schüler bewerteten die Kompetenz-Stationen besser als die Wissens-Stationen. Im Allgemeinen waren die Schüler sehr positiv gegenüber Gruppenarbeit eingestellt. Je höher das individuelle Interesse und die Kompetenz der Schüler und je geringer der empfundene Druck, desto positiver wurde das kooperative Lernen bewertet. Nur bezüglich der wissensbasierten Stationen korrelierte die Einstellung der Schüler mit deren intrinsischer Motivation. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war der Vergleich zweier Lernorte. Die Intervention wurde sowohl im Klassenzimmer, als auch in einem ausserschulischen Lernort (Schullandheim) durchgeführt. Dabei wurden im Besonderen Unterschiede im kognitiven Lernerfolg und der intrinsischen Motivation der Schüler untersucht. Dies zeigte sich in einer vergleichsweise unerwartet höheren Zufriedenheit der Schüler, die die Intervention in der Schule durchführten. Auch der längerfristige kognitive Lernerfolg, das Interesse und die empfundene Wahlfreiheit, ergaben für den Unterricht im Klassenzimmer höhere Werte. Des Weiteren wurde die Konsumerfahrung der Schüler, deren Einstellung zum Rauchen und Selbstbestimmung analysiert. Die Schüler wurden in vier Rauchertypen eingeteilt. Nur wenige Schüler dieser Altersgruppe hatten bereits mit Zigaretten experimentiert. Durch die Intervention wurde die gesundheitsbezogene Autonomie der Schüler erhöht. Eine Clusteranalyse ergab diesbezüglich unterschiedliche Gruppen: kontrollierte, unentschlossene, autonome und unmotivierte Schüler. Die Zuordnung der Rauchertypen zu diesen Clustern ergab, dass Schüler mit mehr Konsumerfahrung, zur kontrollierten, unentschlossenen oder unmotivierten Gruppe gehörten und autonom motivierte Schüler hingegen wenig bis keine Konsumerfahrung hatten. Die Studie liefert neuere Indizien für die Effektivität einer Rauchprävention. Es wurde gezeigt, dass die hier angeführte schülerorientierte Unterrichtsform im ´normalen´ Unterricht eingesetzt werden kann und zwar ohne spezifischen Gesundheitsexperten.
Show/Hide Abstract Selbstorganisation von Nanopartikeln an flüssigen Grenzflächen (2008)
Sergey Kutuzov
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine umfangreiche Untersuchung der Selbstorganisation von Nanopartikeln als Folge ihrer spontanen Adsorption an flüssigen Grenzflächen vorgestellt. Die hier vorgelegten experimentellen und theoretischen Studien betreffen nicht nur den kinetischen Ablauf der Adsorption von Nanoteilchen unter Berücksichtigung aller darauf wirkenden Parameter, sondern auch die Organisation von Nanoteilchen an der flüssigen Grenzfläche im Hinblick auf die innere Struktur der gebildeten nanopartikulären Filme und ihrer mechanischen Eigenschaften. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse bilden daher eine wissenschaftliche Basis für vielversprechende praktische Anwendungen der Selbstorganisation (bzw. spontanen Adsorption) von Nanoteilchen in der Industrie. Die hier verwendeten Nanopartikel zeigen einen Kern-Schale-Aufbau, wobei der Kern aus Cadmiumselenid (CdSe) betshet und die Schale aus organischen Molekülen (TOPO) gebildet wird, die zur Strabilisierung der Partikel in Lösung beitragen. Hauptsächlich wurden kugelförmige Nanoteilchen mit drei verschiedenen Kern-Durchmessern verwendet: 2,3 nm, 4,6 nm und 6,0 nm. Außerdem wurde das Selbstorganisationsverhalten von stäbchenförmigen Nanopartikeln sowie die Entstehung von nanopartikulären Filmen untersucht. Die Abmessungen der Nanostäbchen betragen: (7 x 30) nm, (4 x 34) nm und (4 x 25) nm. Zur Untersuchung der Adsorption wurden Toluol/Wasser-, oder Luft/Wasser-Grenzflächen erzeugt. Aus der Arbeit ergeben sich folgende Erkenntnisse: 1) die Anlagerung von Nanopartikeln an der flüssigen Grenzfläche hat eine sofortige Minimierung ihrer Gibbschen freier Energie zufolge. Bei Raumtemperatur erfolgt daher die Adsorption von Nanoteilchen spontan. 2) die allgemeinen Vorstellungen über den zeitlichen Ablauf der Adsorption, ursprünglich vorgeschlagen von A. F. H. Ward und L. Tordai für die Adsorption von amphiphilen Molekülen an flüssigen Grenzflächen, haben sich in dieser Arbeit auch bei der Beschreibung des Adsorptionsverhaltens von Nanoteilchen an flüssigen Grenzflächen als richtig erwiesen. 3) die Adsorption verläuft gemäss dem lokalisierten Modell nach Langmuir 4) im Laufe der Adsorption entsteht eine Monolage eines nanopartikuläreren Films 5) aufgrund der anziehenden interpartikulären Kräfte bilden sich von Beginn der Adsorption Nanopartikel-Aggregate an der flüssigen Grenzfläche. Die Größe und die innere Symmetrie der Aggregate hängen von der Größe und Form der verwendeten Nanopartikel ab. Dicht adsorbierte Nanopartikel weisen klare filmbildende Eigenschaften auf und sind zur Herstellung von ultradünnen nanopartikulären Membranen geeignet.
Show/Hide Abstract Synthesis and Characterization of immobilized Gold Nanoparticles and Binary Gold Nanoalloys on Cationic Spherical Polyelectrolyte Brushes and their Application as a Catalyst (2008)
Marc Claudius Schrinner
First of all the up scaled synthesis for cationic and anionic spherical polyelectrolyte brushes (SPB) was introduced and a reproducible method for the synthesis was established (Chapter 3.1). For a better understanding of anionic SPB the complexation of the anionic polyelectrolyte chains with the cationic surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide was studied in detail. The models were proved by cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM) and dynamic light scattering (DLS), if it’s in good agreement with the resulting systems (Chapter 3.2). It was possible to show, that cationic SPB could be used for the generation of gold nanoparticles (Chapter 3.3). The synthesized carrier systems were characterized in detail by transmission electron microscopy (TEM), cryo-TEM and disc centrifuge (DCP). The more detail examination of the Au/SPB system by DLS, TEM/cryo-TEM, showed that a reversible immobilization system for gold nanoparticles was synthesized. The immobilized gold nanoparticles@SPB could be complexed by cyanid ions and oxygen. After the complexation of the gold nanoparticles we get the previous carrier system back. Detailed studies by wide angle X-ray scattering (WAXS) and high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) show an amorphous morphology of the gold nanoparticles in the range of 1 nm. This kind of generation allow us to generate gold nanoparticles in the range of 1.0 and 2.5 nm on the surface of the carrier particle. In the following part of the thesis the concepts described above were used for the synthesis of binary gold nanoalloys (Chapter 3.4 and 3.6). The binary systems Au-Pt, Au-Ru, Au-Rh and Au-Ir were sucessfully generated. In the next step the nanoparticular structure of these binary systems were completely clarified by different HR-TEM methods and WAXS. It was shown, that there is a different behaviour between macroscopic and nanoscopic world. Bulk Au-Pt alloys show miscibility gaps, whereas Au-Pt nanoalloys have no such miscibility gap. This alloy obeys the Vegard’s law. For the generation of facetted Pt nanocrystals (Chapter 3.5), the complexation of gold atoms by cyanid ions and oxygen is used. By this way it’s possible to synthesize well-ordered PtNP structures starting from the Au-Pt nanoalloy. In the second part of the thesis the immobilized gold nanoparticles and the binary gold nanoalloys applied as catalysts for industrial interesting oxidation reactions of alcohols and epoxidation reactions (Chapter 3.4 and 3.6) were studied. All reactions could be conducted at room temperature and in water as reaction media. The catalytic activities have a strong dependency on the composition in the nanoalloy. Cryo-TEM characterization showed us no change of the morphology of the catalyst before and after a catalyst cyclus. Concluding this thesis showed successfully a new route for the synthesis of monodispers and well defined gold nanoparticles, gold nanoalloys and facetted platinum nanocrystals. The particle sizes ranges between 1.0 and 7.0 nm. All systems can be used as green catalysts. This is an important point in the discussion of sustainability. All dispersions are not light and air sensitive, so they can be handled without any problems.
Show/Hide Abstract Computational Analysis of the Proton Transfer to the Secondary Quinone of Type II Photosynthetic Reaction Centers. (2008)
Eva-Maria Krammer
Für das Leben einer Vielzahl unterschiedlicher Arten wird molekularer Sauerstoff benötigt. Auf der Erde ist der wichtigste Prozess zur Herstellung von molekularem Sauerstoff die Photosynthese. Ein entscheidender Schritt der Photosynthese wird durch den Typ II des photosynthetischen Reaktionszentrums (RC) katalysiert: Die Umwandlung von chemischer Energie in einen elektrochemischen Gradienten durch die Reduzierung und Protonierung eines Coenzym Q Moleküls, dass in der QB Bindungstasche des Proteins gebunden ist. Die Pigmente des Typ II RC, nämlich des pflanzlichen Photosystem II RC (PSII RC) und dessen evolutionären Vorfahren, dem bakteriellen RC (bRC), sind in zwei (pseudo)-symmetrischen Zweigen angeordnet, dem A- und dem B-Zweig. In Typ II RC Proteinen werden die Elektronen entlang des A-Zweiges auf QB übertragen, während der B-Zweig keine Elektronen übertragen kann. In dieser Arbeit wurde der Konservierungsgrad von Resten untersucht, für die eine Beeinflussung der Redoxeigenschaften der Pigmente und der Lenkung des Elektronentransfers entlang des A-Zweiges bekannt ist. Die Qualität einer Konservierungsanalyse hängt massgeblich von einem korrekten multiplen Sequenzalignment ab. Da bRC und PSII RC nur eine sehr kleine Sequenzidentität haben, wurden profile Hidden Markov Modelle verwendet, welche die strukturellen Informationen der Proteine berücksichten, um ein korrektes Alignment zu erhalten. Die Konservierungsanalyse zeigte, dass die Abstimmung von Redoxeigenschaften der Pigmente und die Lenkung des Elektronentransfers im bRC konserviert sind, aber in PSII RC abweichen. Zwischen bRC und PSII RC Proteinen gibt es dementsprechend auch Unterschiede in den Eigenschaften der beiden Coenzym Q (QA und QB) Bindungstaschen, die es ermöglichen, dass im PSII RC QA unter Stressbedingungen (wie hoher Lichtintensität) protonieren kann, während eine solche Protonierung im bRC nicht möglich ist. Interessanterweise wurden im bRC von Rhodobacter (Rb.) sphaeroides zwei alternative Bindungspositionen für QB (proximal und distal) festgestellt. Experimente deuteten an, dass QB seine Orientierung um 180 Grad ändert, während es sich von der distalen in die proximale Position bewegt. Zusammen mit kristallographischen Experimenten zeigten meine quantenchemischen und elektrostatischen Berechnungen, dass im bRC von Rb. sphaeroides QB wahrscheinlich die gleiche Orientierung in beiden Positionen einnimmt. Eine Kopplung des Protonierungszustands der terminalen Protonendonoren (GluL212 und AspL213 der L Untereinheit) und der Population der beiden QB Bindungspositionen erklärt die beobachtete pH- und Zustandsabhängigkeit der QB Population. Darüber hinaus müssen diese Reste protoniert sein, um das erste Reaktionszwischenprodukt, das zellschädigende Semichinon gebunden zu halten. Im Unterschied zum Elektronentransfer entlang des A-Zweiges unterscheidet sich der Mechanismus des Protonentransfers zu QB massgeblich zwischen PSII RC und bRC. Im bRC von Rb. sphaeroides wurden die wesentlichen Reste des Protontransfers zu QB experimentell bestimmt und Protoneneintrittspunkte wurden vorgeschlagen. Die genaue Organisation des Protonentransfers zu QB ist allerdings nicht bekannt. Zwei sich ausschliessende Ideen werden diskutiert: Die Protonen werden entweder über unterschiedliche Pfade oder über ein grosses Netzwerk ohne klar definierte Pfade, einem Protonenschwamm, transportiert. Die Auswertung eines multiplen Sequenzalignments der bRC Untereinheiten zeigte, dass die wesentlichen, nicht auf der Proteinoberfläche liegenden Reste des Protonentransfers konserviert sind. Die vorgeschlagenen Protoneneintrittspunkte sind aber nicht im gleichen Ausmass konserviert. Zusätzlich zeigte die Auswertung des Wasserstoffbrückennetzwerks der bRC Proteine von Rb. sphaeroides und Blastochloris viridis jeweils ein grosses Netzwerk, dass vom Cytoplasma bis zur QB Bindungstasche reicht. Interessanterweise haben diese Netzwerke einen ähnlichen Aufbau und beinhalten alle wesentlichen nicht auf der Oberfläche liegenden Reste des Protonentransfers, unterscheiden sich aber in den ermittelten Protoneneintrittspunkten. Sowohl die Konservierungsstudie und als auch die Analyse des Netzwerkes widersprechen der Idee von unabhängigen Protonentransferpfaden und unterstützen die Idee des Protonenschwamms. Durch die Kombination unterschiedlicher Ansätze wie der Konservierungsanalyse basierend auf multiplen Sequenzalignments, der Kontinuumselektrostatik, der Quantenchemie und der Analyse der Wasserstoffbrückennetzwerke, gelang es in dieser Arbeit ein breiteres Wissen "uber die molekularen Details der QB Bindingungstasche und des Elektronen- und Protonentransfer zu QB zu gewinnen.

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