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The departure from the current automation landscape to next generation automation concepts for the process industry has already begun. Smart functions of sensors simplify their use and enable plug-and-play integration, even though they may appear to be more complex at first sight. Monitoring specific information (i.e., “chemical” such as physico-chemical properties, chemical reactions, etc.) is the key to “chemical” process control.
The talk introduces a smart online NMR sensor module provided in an explosion proof housing as example. This sensor was developed for an intensified industrial process (pharmaceutical lithiation reaction step) funded by the EU’s Horizon 2020 research and innovation programme (www.consens-spire.eu). Due to NMR spectroscopy as an “absolute analytical comparison method”, independent of the matrix, it runs with extremely short set-up times in combination with “modular” spectral models. Such models can simply be built upon pure component NMR spectra within a few hours (i.e., assignment of the NMR signals to the components) instead of tedious calibrations runs.
The talk also generally covers current aspects of high-field and low-field online NMR spectroscopy for reaction monitoring and process control.
Die Erforschung des Potenzials faseroptischer Sensorsysteme (FOS) für qualitäts- und verfügbarkeitssteigernde Anwendungen im Bahnbereich führt seit einigen Jahren international zu vielversprechenden Erkenntnissen und einer zunehmenden Dynamik im Herstellermarkt. Die Verfügbarkeit quasi wartungsfreier Lichtwellenleiter (LWL) bieten ökonomisch günstige Rahmenbedingungen.
Daneben bestehen herausfordernde Entwicklungsaufgaben aus den Bereichen FOS, Akustik und Signalverarbeitung. Potenzial und Entwicklungsschwerpunkte werden im Folgenden diskutiert.
Regelmäßig werden Einsatzkräfte der Feuerwehr bei Brandeinsätzen mit brand- bzw. wärmebeaufschlagten Druckgasbehältern konfrontiert. Aufgrund ihrer großen Verbreitung handelt es sich dabei oftmals um Propan- oder Acetylengasflaschen. Propangasflaschen mit Füllmengen bis 33 Kilogramm sind in flächendeckender Verwendung zum Beispiel in Handwerksbetrieben, Produktionsbereichen, Baustellen und Restaurants, werden aber oftmals auch zum Heizen und Kochen im Privatbereich verwendet. Acetylengasflaschen sind in Verbindung mit entsprechenden Sauerstoffbehältern ebenso in Werkstätten, gewerblichen Anlagen und auf Baustellen zum Autogenschweißen und thermischen Trennen in vielfacher Verwendung. Beide Arten von Druckgasbehältern sind darüber hinaus auch im Straßenverkehr als Gefahrgut und in kleineren Mengen auch als private Fracht anzutreffen. Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) hat zusammen mit weiteren Experten als Hilfestellung und aufgrund neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse zwei DGUV-Informationen für Einsatzkräfte zum Umgang mit wärmebeaufschlagten Druckgasbehältern erstellt.
Nanomaterials are a relatively new class of materials for which a regulatory framework still has to be established and regulators require comprehensive datasets of well characterized nanomaterials for the implementation. Especially information about the surface chemistry of nanoparticles is crucial, since it largely determines their biological and environmental fate. How the surface chemistry changes under relevant ageing conditions is of particular interest, because exposure will normally occur not to the pristine material but to a nanoform that underwent some kind of transformation.
In this talk, first a short overview about the contributions of division 6.1 to multiple European-funded projects will be presented, in which surface analytical techniques are used to improve the physical-chemical characterization of nanomaterials. Secondly, a study investigating the surface-chemical transformations of a representative set of titanium dioxide nanoparticles is discussed in more detail. The ageing has partly been performed at the BAM division 7.5, and the surface chemistry was analyzed using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). By analyzing the complex mass spectra with principal component analysis (PCA), it was possible to identify even subtle changes that occur upon ageing.
Die Präsentation demonstriert die Fähigkeiten der Röntgencomputertomographie (CT) zur Identifizierung quantitativer Materialeigenschaften wie Faserorientierung und Korrosionsverteilung sowie die Implementierung von CT-Daten innerhalb numerischer Simulationen. Die besondere Stärke der CT, als zerstörungsfreies Prüfverfahren, ermöglicht es, das Materialverhalten und den Versagensprozess während mechanischer, hydraulischer und thermischer Prozesse zu beobachten. Die Ergebnisse einer Reihe von Ex-situ und In-situ Testprogrammen unter Bedingungen wie mechanische Belastung, Wassertransport und thermische Exposition, stellen die Nutzungsmöglichkeiten dieser Verfahren in Kombination mit der CT in eindrucksvoller Weise dar.
CFK-Abfälle werden trotz der bestehenden Verfahren zur Rückgewinnung der Carbonfasern zukünftig vermehrt anfallen. Für diese Abfälle wird nach technischen Lösungen der energetischen oder stofflichen Verwertung gesucht. Eine Möglichkeit ist die Nutzung der CFK-Abfälle als Primärkohleersatz im Lichtbogenofen bei der Stahlherstellung.
There is an increasing interest in bridging the gap between the photoluminescence (PL) properties of nanomaterials like semiconductor nanocrystals (QDs) commonly assessed in ensemble studies and the PL features of single QDs for life sciences applications such as bioimaging studies or use in microfluidic assays. The fluorescence quantum yield (ΦF) is a key performance parameter for all molecular and nanoscale emitters, increasingly employed in nanoscience, nanotechnology, and medical diagnostics.
ΦF determines not only the signal size together with the reporter´s molar extinction coefficient, yet it is particularly relevant for nanocrystals like QDs with coordinatively bound surface ligands and size- and surface chemistry-dependent PL characteristics.
The importance of ΦF measurements at ultralow concentration encouraged us to explore the potential of fluorescence correlation spectroscopy (FCS) for the relative determination of ΦF of ligand-stabilized CdTe nanocrystals in comparison to molecular dyes with closely matching spectral properties and known ΦF.
We describe a FCS-based method for the relative determination of ΦF of dispersed QDs at ultralow concentrations, and procedures to overcome QD-inherent challenges like complex and power-dependent blinking behavior as well as ligand- and QD-specific aggregation. We could demonstrate the potential of this approach by comparison with steady state ensemble measurements.
Additive Fertigung hat in den letzten Jahren aufgrund der hohen Flexibilität stark an Bedeutung gewonnen. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik werden hohe Anforderungen an die Qualitätskontrolle additiv gefertigter Bauteile gestellt. Teile die mit dem selektiven Laserschmelzen (SLM) hergestellt werden, bilden schon währen des Fertigungsprozesses Poren oder Risse aus. Aus diesem Grund ist die zerstörungsfreie Prüfung jedes Bauteils notwendig. Erste Versuche haben gezeigt, dass die ex-situ Wirbelstromprüfung von SLM-Bauteilen mit hochauflösenden MR Sonden möglich ist und dass Fehler im Bereich von einiger µm detektiert werden können. In dem Vortrag wird eine automatisierte in-situ Wirbelstromprüfung von SLM-Bauteilen vorgestellt. Für die Prüfung wird eine Vielzahl hochauflösender MR Sensoren verwendet, um die benötige hohe Ortsauflösung bei gleichzeitig kurzer Prüfzeit zu erreichen. Zusätzlich werden klassische Methoden der Signalverarbeitung verwendet, um die Kosten und die Komplexität des Systems trotz hoher Prüffrequenz zu minimieren. Das vorgestellte System kann in der Zukunft helfen automatisiert Prüfberichte zu generieren, den SLM-Prozess zu kontrollieren oder automatisiert Fehlstellen auszuheilen.
What exactly does a postdoc do at a research institute? What scientific questions does he or she want to address? What is their daily work routine? During our regular Lab Tours, female postdocs provide insight into their jobs. They also tell us about their career path: How did they get there? And what do they envision for their professional future?
This time, Dr. Ana Guilherme Buzanich, a scientist from the Structure Analysis division at the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), will give an overview of her Research areas. She works at the electron storage ring BESSY-II where she conducts experiments at two hard X-ray beamlines (BAMline and µSpot). The tour includes a guided visit of the research facility.
Elastomers are usually reinforced by large amount of fillers like carbon black (CB) or silica in order to improve various mechanical properties, such as Young’s modulus, hardness, tear resistance, abrasion resistance, and gas barrier properties. In recent years, such improvements were also obtained by using nanoparticles at significantly lower filler loadings. Graphene is a twodimensional (2D) sheet of a thickness in the atomic scale, composed of a honeycomb structure of sp2 carbon atoms. Besides significant mechanical reinforcement, graphene harbors the potential to be used as a multifunctional filler, as it can also increase the conductivity and weathering stability of elastomer matrices. Ultraviolet (UV) irradiation and oxidative agents can lead to the degradation of elastomers due to a multistep photooxidative process, including the formation of radicals. Carbon-based fillers have an influence on these reactions, as they can absorb UV radiation and act as radical scavengers.
This chapter summarizes the results of our larger project on multilayer graphene (MLG)/elastomer nanocomposites, previously published, which present a comprehensive case study of MLG as a multifunctional nanofiller in elastomer/graphene nanocomposites. Different elastomeric matrices are compared in order to demonstrate the outstanding impact of MLG as a general benefit. The dependency of this effect on concentration is discussed in detail. Taking into account the key role of dispersion, different mixing procedures are compared, evaluating a facile implementation of graphene nanocomposites into conventional rubber processing. Finally, the most probable commercial uses of MLG nanofillers in combination with conventional CB are studied. The nanocomposites were prepared in the kg scale in order to obtain enough specimens to investigate various properties of the uncured and vulcanized rubbers at the highest quality level, including rheology, curing, morphology, several mechanical properties, abrasion, conductivity, gas permeation, burning behavior, and weathering stability. The structure property relationships are asserted and questioned, for example, by investigating the radical scavenging ability or aspect ratio of the MLG. This chapter illustrates the state of the art of graphene/rubber nanocomposites targeted for commercial mass applications.
The quality of components made by laser beam melting (LBM) additive manufacturing is naturally influenced by the quality of the powder bed. A packing density <1 and porosity inside the powder particles lead to intrinsic voids in the powder bed. Since the packing density is determined by the particle size and shape distribution, the determination of these properties is of significant interest to assess the printing process. In this work, the size and shape distribution, the amount of the particle’s intrinsic porosity, as well as the packing density of micrometric powder used for LBM, have been investigated by means of synchrotron X-ray computed tomography (CT). Two different powder batches were investigated: Ti–6Al–4V produced by plasma atomization and stainless steel 316L produced by gas atomization. Plasma atomization particles were observed to be more spherical in terms of the mean anisotropy compared to particles produced by gas atomization. The two kinds of particles were comparable in size according to the equivalent diameter. The packing density was lower (i.e., the powder bed contained more voids in between particles) for the Ti–6Al–4V particles. The comparison of the tomographic results with laser diffraction, as another particle size measurement technique, proved to be in agreement.
Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) werden zunehmend in der Luft- und Raumfahrt, der Automobil- und Windenergieindustrie eingesetzt. Die hier entwickelten Bauteile sind oft nicht nur multiaxialen mechanischen Belastungen, sondern auch hohen klimatischen Beanspruchungen ausgesetzt. Einsatztemperaturen zwischen -60°C und 100°C bei 10-90% relativer Feuchte sind keine Seltenheit, in der Raumfahrt sind die thermischen Belastungen noch extremer. Die Auswirkungen einer Wechselwirkung extremer klimatischer Beanspruchungen mit multiaxialen mechanischen Belastungen wurden bisher kaum betrachtet. Das Ziel des Projektes ist die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens der Faser-Kunststoff-Verbunde in Abhängigkeit von multiaxialer mechanischer Belastung, Temperatur und Feuchte. Dazu werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Flach- und Rohrproben sowie numerische und analytische Berechnungen durchgeführt.
Im Rahmen des Seminarvortrags wird eine mikromechanische Modellierung der thermischen Eigenspannungen innerhalb des FKV vorgestellt, welche anhand eines Finite-Elemente-Modells validiert wird. Zur Bestimmung einer Schädigungsgrenze werden verschiedene Energieansätze diskutiert, welche anschließend mit den experimentell erhaltenen Ergebnissen im Temperaturbereich zwischen -60 °C und 70 °C verglichen werden. Dabei wird gezeigt, dass mithilfe der mikromechanischen Formulierung eine temperaturunabhängige Masterschädigungslinie für quasistatisch belastete Probekörper abgeleitet werden kann. Des Weiteren können Elastizitäten und Festigkeiten in Abhängigkeit der Temperatur mit den mikromechanischen Mischungsregeln bestimmt werden. So kann der experimentelle Aufwand beim Nachweis thermomechanisch belasteter Strukturen reduziert werden. Ein ähnlicher Ansatz wird für schwingende Ermüdungsbelastung bei verschiedenen Umgebungstemperaturen diskutiert und experimentell überprüft.
Absorption edge tomography is a method which exploits the sudden change of the attenuation coefficient, when the photon energy crosses the absorption edge of an element. The beamline BAM line at BESSY II, which is operated by the Federal Institute for Materials Research and Testing, can provide a monochromatized beam in a photon energy range from 5 keV up to 80 keV with a bandwidth of 2%. Together with the microtomography setup, this enables differential tomography sensitive to any element with N >= 24 (Cr) by using an appropriate K- or L-edge in this range. Here, a polymer filament embedding metal organic framework (MOF) was prepared and used for 3D printing. Absorption edge tomography at the copper K edge was employed to perform a non-destructive 3D characterization of the microstructure of the embedded MOF. Data fusion was then used to determine the size distribution of the embedded MOF.