TY - THES A1 - Dümichen, Erik T1 - Einsatz neuer thermoanalytischer Verfahren zur Untersuchung thermischer und thermo-oxidativer Degradationsmechanismen sowie dem Netzwerkaufbau von Polymeren N2 - Die Anwendung thermoanalytischer Methoden für die Polymercharakterisierung hat aufgrund der makromolekularen Struktur von Polymere Vorteile. Es wurden zwei neue thermoanalyti-sche Verfahren entwickelt und deren Einsatz anhand von Anendungsbeispielen demons-triert, sowie mit etablierten, thermoanalytischen Methoden verglichen. Für die thermische- und thermo-oxidative Zersetzungsgasanalytik wurde die Thermogravi-metrie (TGA) gekoppelt mit der Thermodesoptions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TDS-GC-MS). Die Zersetzungsgase der TGA wurden dafür über ei-nen Festphasenadsorber geleitet, auf dem eine repräsentative Auswahl von polymerspezifi-schen Analyten adsorbiert wurde. Die thermische Extraktion der Analyten erfolgte in der TDS-GC-MS. Dies ermöglichte die Trennung der Analyten sowie die eindeutige Identifizie-rung mittels charakteristischer Massenfragmentmuster. Sie wurde als TED-GC-MS bezeichnet. Es stellte sich heraus, dass sie sich besonders für die Analyse von komplexen Kohlen-wasserstoffgemischen mit Molmassen von mehr als 100 g/mol eignet. In Kombination mit anderen Kopplungstechniken wie beispielsweise die TGA-FTIR/MS, die speziell für die Ana-lyse von kleineren Molekülen verwendet wurde, konnten neue grundlegende Zersetzungs-mechanismen entwickelt werden. Es wurde beispielsweise sichtbar, dass sowohl bei der thermischen als auch bei der thermo-oxidativen Degradation von Polyamid 66 (PA 66) Kon-densationsreaktionen eine wichtige Rolle spielen. Die Methode erwies sich darüber hinaus als besonders geeignet für die Identifizierung und Quantifizierung von Polymeren in Umweltproben. Es entstand dazu eine erste grundlegende Arbeit für die quantitative Bestimmung von Polyethylen (PE) Mikroplastik in Umweltproben. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine steuerbare beheizbare Zelle eingeführt. Mit ihr war es möglich, mit Hilfe der Nahinfrarotspektroskopie (NIR), sich verändernde Netzwerkstrukturen während der Härtung sichtbar zu machen. Vergleichend dazu wurden etablierte, kalorische Messungen durchgeführt. Somit konnten für verschiedene Epoxidsysteme die Aushärtegrade während der Härtung mit variablen Heizraten bestimmt werden. Dadurch konnten Aushär-tungskinetiken erstellt werden, die durch isotherme und komplexe Aushärtungsszenarien validiert wurden. KW - Thermische Methoden KW - Polymer KW - Analytik PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000100982-9 UR - http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000100982 SP - 1 EP - 65 PB - FU Berlin CY - Berlin AN - OPUS4-42171 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ha, Q. L. M. A1 - Armbruster, U. A1 - Atia, Hanan A1 - Lund, H. A1 - Agostini, G. A1 - Radnik, Jörg A1 - Vuong, H. T. A1 - Martin, A. T1 - Development of active and stable low nickel content catalysts for dry reforming of methane JF - Catalysts N2 - Methane dry reforming (DRM) was investigated over highly active Ni catalysts with low metal content (2.5wt%) supported on Mg-Al mixed oxide. The aim was to minimize carbon Deposition and metal sites agglomeration on the working catalyst which are known to cause catalyst deactivation. The solids were characterized using N2 adsorption, X-ray diffraction, temperature-programmed reduction, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy. The results showed that MgO-Al2O3 solid solution phases are obtained when calcining Mg-Al hydrotalcite precursor in the temperature range of 550–800 °C. Such phases contribute to the high activity of catalysts with low Ni content even at low temperature (500 °C). Modifying the catalyst preparation with citric acid significantly slows the coking rate and reduces the size of large octahedrally coordinated NiO-like domains, which may easily agglomerate on the surface during DRM. The most effective Ni catalyst shows a stable DRM course over 60 h at high weight hourly space velocity with very low coke deposition. This is a promising result for considering such catalyst systems for further development of an industrial DRM technology. KW - Dry reforming of methane KW - Carbon dioxide KW - Ni PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-402904 DO - https://doi.org/10.3390/catal7050157 SN - 2073-4344 VL - 7 IS - 5 SP - 157, 1 EP - 157, 17 PB - MDPI AN - OPUS4-40290 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ghasem Zadeh Khorasani, Media A1 - Silbernagl, Dorothee A1 - Platz, D. A1 - Sturm, Heinz T1 - Insights into Nano-Scale Physical and Mechanical Properties of Epoxy/Boehmite Nanocomposite Using Different AFM Modes JF - Polymers N2 - Understanding the interaction between nanoparticles and the matrix and the properties of interphase is crucial to predict the macroscopic properties of a nanocomposite system. Here, we investigate the interaction between boehmite nanoparticles (BNPs) and epoxy using different atomic force microscopy (AFM) approaches. We demonstrate benefits of using multifrequency intermodulation AFM (ImAFM) to obtain information about conservative, dissipative and van der Waals tip-surface forces and probing local properties of nanoparticles, matrix and the interphase. We utilize scanning kelvin probe microscopy (SKPM) to probe surface potential as a tool to visualize material contrast with a physical parameter, which is independent from the mechanics of the surface. Combining the information from ImAFM stiffness and SKPM surface potential results in a precise characterization of interfacial region, demonstrating that the interphase is softer than epoxy and boehmite nanoparticles. Further, we investigated the effect of boehmite nanoparticles on the bulk properties of epoxy matrix. ImAFM stiffness maps revealed the significant stiffening effect of boehmite nanoparticles on anhydride-cured epoxy matrix. The energy Dissipation of epoxy Matrix locally measured by ImAFM shows a considerable increase compared to that of neat epoxy. These measurements suggest a substantial alteration of epoxy structure induced by the presence of boehmite. KW - Nanomechanics KW - Intermodulation-AFM KW - Interphase KW - Boehmite KW - Epoxy PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-476040 DO - https://doi.org/10.3390/polym11020235 SN - 2073-4360 VL - 11 IS - 2 SP - 235, 1 EP - 19 PB - MDPI AN - OPUS4-47604 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fankhänel, J. A1 - Silbernagl, Dorothee A1 - Ghasem Zadeh Khorasani, Media A1 - Daum, B. A1 - Kempe, A. A1 - Sturm, Heinz A1 - Rolfes, R. T1 - Mechanical properties of Boehmite evaluated by Atomic Force Microscopy experiments and Molecular Dynamic Finite Element simulations JF - Journal of Nanomaterials N2 - Boehmite nanoparticles show great potential in improving mechanical properties of fiber reinforced polymers. In order to predict the properties of nanocomposites, knowledge about the material parameters of the constituent phases, including the boehmite particles, is crucial. In this study, the mechanical behavior of boehmite is investigated using Atomic Force Microscopy (AFM) experiments and Molecular Dynamic Finite Element Method (MDFEM) simulations. Young’s modulus of the perfect crystalline boehmite nanoparticles is derived from numerical AFM simulations. Results of AFM experiments on boehmite nanoparticles deviate significantly. Possible causes are identified by experiments on complementary types of boehmite, that is, geological and hydrothermally synthesized samples, and further simulations of imperfect crystals and combined boehmite/epoxy models. Under certain circumstances, the mechanical behavior of boehmite was found to be dominated by inelastic effects that are discussed in detail in the present work.The studies are substantiated with accompanying X-ray diffraction and Raman experiments. KW - AFM KW - MDFEM KW - Nanocomposite KW - Epoxy KW - X-ray diffraction KW - Raman spectroscopy KW - Young’s modulus KW - Slippage of weakly linked layers PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-384230 UR - https://www.hindawi.com/journals/jnm/2016/5017213/#B26 DO - https://doi.org/10.1155/2016/5017213 VL - 2016 IS - Article ID 5017213 SP - 1 EP - 13 PB - Hindawi Publishing Corporation AN - OPUS4-38423 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ghasem Zadeh Khorasani, Media A1 - Silbernagl, Dorothee A1 - Szymoniak, Paulina A1 - Hodoroaba, Vasile-Dan A1 - Sturm, Heinz T1 - The effect of boehmite nanoparticles (gamma‐AlOOH) on nanomechanical and thermomechanical properties correlated to crosslinking density of epoxy JF - Polymer N2 - We show that complex physical and chemical interactions between boehmite nanoparticles and epoxy drastically affect matrix properties, which in the future will provide tuning of material properties for further optimization in applications from automotive to aerospace. We utilize intermodulation atomic force microscopy (ImAFM) for probing local stiffness of both particles and polymer matrix. Stiff particles are expected to increase total stiffness of nanocomposites and the stiffness of polymer should remain unchanged. However, ImAFM revealed that stiffness of matrix in epoxy/boehmite nanocomposite is significantly higher than unfilled epoxy. The stiffening effect of the boehmite on epoxy also depends on the particle concentration. To understand the mechanism behind property alteration induced by boehmite nanoparticles, network architecture is investigated using dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). It was revealed that although with 15 wt% boehmite nanoparticles the modulus at glassy state increases, crosslinking density of epoxy for this composition is drastically low. KW - Crosslinking density KW - Epoxy KW - Intermodulation KW - Atomic force microscopy KW - Nanomechanical properties KW - Boehmite nanoparticles PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-476050 DO - https://doi.org/10.1016/j.polymer.2018.12.054 SN - 0032-3861 SN - 1873-2291 VL - 164 SP - 174 EP - 182 PB - Elsevier AN - OPUS4-47605 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Stajanca, Pavol A1 - Topolniak, Ievgeniia A1 - Pötschke, Samuel A1 - Krebber, Katerina T1 - Solution-mediated cladding doping of commercial polymer optical fibers JF - Optical Fiber Technology N2 - Solution doping of commercial polymethyl methacrylate (PMMA) polymer optical fibers (POFs) is presented as a novel approach for preparation of custom cladding-doped POFs (CD-POFs). The presented method is based on a solution-mediated diffusion of dopant molecules into the fiber cladding upon soaking of POFs in a methanol-dopant solution. The method was tested on three different commercial POFs using Rhodamine B as a fluorescent dopant. The dynamics of the diffusion process was studied in order to optimize the doping procedure in terms of selection of the most suitable POF, doping time and conditions. Using the optimized procedure, longer segment of fluorescent CD-POF was prepared and its performance was characterized. Fiber’s potential for sensing and illumination applications was demonstrated and discussed. The proposed method represents a simple and cheap way for fabrication of custom, short to medium length CD-POFs with various dopants. KW - Polymer optical fiber KW - Solution doping KW - Polymethyl methacrylate KW - Rhodamine B KW - Dye-doped fiber KW - Fluorescent optical fiber PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-441045 DO - https://doi.org/10.1016/j.yofte.2018.02.008 SN - 1068-5200 SN - 1095-9912 VL - 41 SP - 227 EP - 234 PB - Elsevier Inc. AN - OPUS4-44104 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stajanca, Pavol A1 - Mihai, L. A1 - Sporea, D. A1 - Negut, D. A1 - Sturm, Heinz A1 - Schukar, Marcus A1 - Krebber, Katerina ED - Webb, D. J. ED - Scully, P. ED - Sugden, K. T1 - Impacts of gamma irradiation on cytop plastic optical fibres T2 - POF 2016: 25th International Conference on Plastic Optical Fibres - Proceedings N2 - Impact of gamma radiation on transmission of a commercial Cytop polymer optical fibre (Lucina, Asahi Glass Company) is investigated. Spectral dependence of radiation induced attenuation in the investigated fibre is measured in the VIS-NIR spectral region. Besides attenuation increase, radiation is found to increase fibre susceptibility to water as well. While pristine Cytop fibre is rather humidity insensitive, strong humidity related absorption in the NIR region is observed after fibre irradiation. Selective irradiation of separate fibre sections is proposed as a way of fibre humidity sensitization and quasi-distributed water detection is demonstrated using optical time domain reflectometry at 1310 nm. T2 - POF 2016: 25th International Conference on Plastic Optical Fibres CY - Birmingham, UK DA - 13.09.2016 KW - Polymer optical fibers KW - Cytop KW - Gamma radiation PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-403216 SN - 9781854494085 SP - 114 EP - 117 CY - Birmingham AN - OPUS4-40321 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lapenna, Michela A1 - Tsamos, Athanasios A1 - Faglioni, Francesco A1 - Fioresi, Rita A1 - Zanchetta, Ferdinando A1 - Bruno, Giovanni T1 - Geometric deep learning for enhanced quantitative analysis of microstructures in X-ray computed tomography data JF - Discover Applied Sciences N2 - Quantitative microstructural analysis of XCT 3D images is key for quality assurance of materials and components. In this paper we implement a Graph Convolutional Neural Network (GCNN) architecture to segment a complex Al-Si Metal Matrix composite XCT volume (3D image). We train the model on a synthetic dataset and we assess its performance on both synthetic and experimental, manually-labeled, datasets. Our simple GCNN shows a comparable performance, measured via the Dice score, to more standard machine learning methods, but uses a greatly reduced number of parameters (less than 1/10 of parameters), features low training time, and needs little hardware resources. Our GCNN thus achieves a cost-effective reliable segmentation. KW - Geometric deep learning KW - Segmentation KW - Microstructure KW - X-ray computed tomography KW - Al–Si metal matrix composites PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-602517 DO - https://doi.org/10.1007/s42452-024-05985-0 SN - 3004-9261 VL - 6 IS - 6 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-60251 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Pittner, Andreas A1 - Fabry, Çağtay T1 - Abschlussbericht IGF 17.923 N: "Sensorgestütztes MSG-Engspaltschweißen von Feinkornstählen mit modifizierter Prozessführung im Dickblechbereich" N2 - Die im Forschungsvorhaben erzielten Ergebnisse zeigen konkrete technische Lösungen für die automatisierte Anwendung des MSG Engspaltschweißen, sowohl mittels optischer als auch prozessorientierter Sensorik, und sprechen damit ein breites Spektrum möglicher Anwender, insbesondere KMU, an. Die Seitenführung des Brenners auf Basis der optischen Messgrößen stellt eine robuste und einfach zu implementierende Möglichkeit zur Nahtverfolgung dar. Für die Höhenführung über der Schweißnaht wurde neben der Lösung mittels optischer Messverfahren zusätzlich eine direkt darauf aufbauende Möglichkeit zur Implementierung eines Lichtbogensensors abgeleitet. Das Vorgehen konnte sowohl für Sprühlichtbogenprozesse als auch bei Verwendung von Impulslichtbogenprozessen erfolgreich angewendet werden. Die zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Flankeneinbrandes entwickelte Pendelregelung ist ebenfalls für unterschiedliche Lichtbogenarten einsetzbar und muss vom Anwender auch beim Einsatz einer großen Bandbreite unterschiedlicher Prozessparameter nahezu nicht konfiguriert werden. Neben der im Rahmen der Verfahrensprüfung untersuchten Pendelraupentechnik konnte die Übertragbarkeit des Vorgehens auch auf die Strichraupentechnik anhand von gezielten Schweißversuchen aufgezeigt werden. Die zunächst auf Basis der optischen Messwerte ausgelegte Füllgradregelung konnte die vorgesehenen Spaltvariationen von 18 bis 24 mm im Rahmen der durchgeführten Verfahrensprüfung ausgleichen. Die Ableitung eines äquivalenten Lichtbogensensors durch Kopplung beider Messprinzipien wurde am Laufzeitende des Vorhabens aufgezeigt, konnte jedoch durch zeitliche Beschränkung nicht für die Verfahrensprüfung berücksichtigt werden. In Absprache mit dem projektbegleitenden Ausschuss wurde die Entwicklung der Prozessregelung für das Vorhaben auf Schweißungen in Wannenlage und Grundwerkstoffe der Güte S355J2 beschränkt. Die Qualifizierung des Verfahrens unter Einsatz der beschriebenen Regelalgorithmen nach DIN EN ISO 15614-1 konnte für alle betrachteten Spaltbreiten zwischen 18 und 24 mm anhand einer 50 mm dicken Demonstratorprobe nachgewiesen werden. KW - Schutzgasschweißen KW - MSG-Engspaltschweißen KW - Prozesssteuerung KW - Lichtbogensensorik KW - Prozessregelung KW - GMAW KW - Narrow gap GMAW KW - GMAW control KW - Arc-sensing PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-390934 SP - 1 EP - 38 AN - OPUS4-39093 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fabry, Çağtay A1 - Pittner, Andreas A1 - Hirthammer, Volker A1 - Rethmeier, Michael T1 - Recommendations for an Open Science approach to welding process research data JF - Welding in the World N2 - The increasing adoption of Open Science principles has been a prevalent topic in the welding science community over the last years. Providing access to welding knowledge in the form of complex and complete datasets in addition to peer-reviewed publications can be identified as an important step to promote knowledge exchange and cooperation. There exist previous efforts on building data models specifically for fusion welding applications; however, a common agreed upon implementation that is used by the community is still lacking. One proven approach in other domains has been the use of an openly accessible and agreed upon file and data format used for archiving and sharing domain knowledge in the form of experimental data. Going into a similar direction, the welding community faces particular practical, technical, and also ideological challenges that are discussed in this paper. Collaboratively building upon previous work with modern tools and platforms, the authors motivate, propose, and outline the use of a common file format specifically tailored to the needs of the welding research community as a complement to other already established Open Science practices. Successfully establishing a culture of openly accessible research data has the potential to significantly stimulate progress in welding research. KW - Welding KW - Research data management KW - Open science KW - Digitalization KW - Weldx KW - Open source PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-529332 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01151-x SN - 1878-6669 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 9 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-52933 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -