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Paper des Monats
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Eingeladener Vortrag
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Unter Berücksichtigung praktischer und wissenschaftlich-technischer Erkenntnisse der letzten 15 Jahre - insbesondere auch auf der Basis verschiedener BAM-Forschungsergebnisse und Zulassungsverfahren - erfolgte eine Überarbeitung der Grundlagen, Bauprinzipien, Ausführungs- und Einbaukriterien sowie der Zulassungs- und Gütesicherungsmaßnahmen für insgesamt 4 Bauarten von Fugenfüllsystemen für hochbeanspruchte Verkehrsflächen. In diesem - für den Bundesfernstraßenbereich verbindlichen bautechnischen Regelwerk - finden insbesondere auch die Ergebnisse mehrerer wissenschaftlicher Vorhaben der BAM bezüglich labortechnischer Untersuchungen und Felduntersuchungen zum Funktionsverhalten und zur Dauerhaftigkeit erste baurechtliche Konsequenzen. Auf der Basis von Untersuchungen u.a. im Brückenbau wurden Regelungen für die Fugenausbildung in Asphalt und bei Befestigungskombinationen erarbeitet und umgesetzt. Damit konnten umfassende Regelungen für die maßgebenden Fahrbahnbeläge im Bundesfernstraßenbereich der Straßenbauverwaltung und ausführenden Industrieunternehmungen zur Verfügung gestellt werden. Die Neufassung dieser Regelungen dient darüber hinaus dem Ziel, den von der BAM vertretenen Wechsel hin zu einer performance-bezogenen Bewertungsmethodik, vorzubereiten.
A composite material is a combination of two or more materials with very different mechanical, thermal and electrical properties. The various forms of composite materials, due to their high material properties, are widely used as structural materials in the aviation, space, marine, automobile, and sports industries. However, some defects like voids, delamination, or inhomogeneous fiber distribution that form during the fabricating processes of composites can seriously affect the mechanical properties of the composite material. In this study, several imaging NDE techniques such as: thermography, high frequency eddy current, ultrasonic, x-ray radiography, x-ray laminography, and high resolution x-ray CT were conducted to characterize the microstructure of carbon fiber composites. Then, a 3D analysis was implemented by the destructive technique of serial sectioning for the same sample tested by the NDE methods. To better analyze the results of this work and extract a clear volume image for all features and defects contained in the composite material, an intensive comparison was conducted among hundreds of 3D-NDE and multi serial sections’ scan images showing the microstructure variation.
The solid lubricant molybdenum disulfide is a well known material for extreme conditions where conventional oil or grease lubrication is not feasible (vacuum, high pressures). However, under reactive environments e.g. high humidity or hydrogen MoS2 is prone to premature failure. By using a PVD process, deposition parameters can be optimized to gain coatings with a more textured structure orienting the basal planes parallel to the Substrate surface, A similar concept has been used by Koch et al. for coatings developed to withstand the extreme operational conditions of the WENDELSTEIN W7-X fusion experiment. Therefore, an improved tribological behavior even under adverse conditions can be achieved.
Nebivolol (NEB), a β-blocker frequently used to treat cardiovascular diseases, has been widely detected in aquatic environments, and can be degraded under exposure to UV radiation, leading to the formation of certain transformation products (UV-TPs). Thus, the toxic effects of NEB and its UV-TPs on aquatic organisms are of great importance for aquatic ecosystems. In the present study, the degradation pathway of NEB under UV radiation was investigated. Subsequently, zebrafish embryos/larvae were used to assess the median lethal concentration (LC50) of NEB, and to clarify the sub-lethal effects of NEB and its UV-TPs for the first time. It was found that UV radiation could reduce the toxic effects of NEB on the early development of zebrafish. Transcriptomic analysis identified the top 20 enriched Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathways in zebrafish larvae exposed to NEB, most of which were associated with the antioxidant, nervous, and immune systems. The number of differentially expressed genes (DEGs) in the pathways were reduced after UV radiation. Furthermore, the analysis of protein biomarkers, including CAT and GST (antioxidant response), AChE and ACh (neurotoxicity), CRP and LYS (immune response), revealed that NEB exposure reduced the activity of these biomarkers, whereas UV radiation could alleviate the effects. The present study provides initial insights into the mechanisms underlying toxic effects of NEB and the detoxification effects of UV radiation on the early development of zebrafish. It highlights the necessity of considering the toxicity of UV-TPs when evaluating the toxicity of emerging pollutants in aquatic systems.
For the vast majority of ellipsometric measurements, the application of planar substrates is mandatory and requires a proper sample alignment prior to the measurement. Here, the authors present a generalized approach of how to extract the isotropic ellipsometric sample parameters from an imaging Mueller-matrix measurement even if the sample is significantly misaligned. They validate the method by layer-thickness calculations based on imaging Mueller-matrix measurements of flat crystalline silicon samples that were misaligned on purpose. Furthermore, they also exploit this method’s capabilities to perform spatially resolved layer-thickness measurements of a single-layer indium-tin-oxide coating on a fused-silica microlens without the need of realignment or repositioning of the sample during the measurement.
Nach mehr als 15-jähriger Anwendung und mit der zwischenzeitlichen Einführung europäisch harmonisierter Normen für Fugenmaterialien war eine Anpassung Qualitäts- und Gütesicherungsanforderungen für Fugenfüllungen im Bundesfernstraßenbereich erforderlich. Hierbei ging es insbesondere darum, Maßnahmen und Verfahren zu entwickeln, um das nationale Qualitäts- und Gütesicherungsniveau weiter zu entwickeln und weiterhin sicher stellen zu können. Nach den Untersuchungserfahrungen im Labor und im Feld ging darum, neuartige Material- und Stoffkombinationen qualitätssicher dem Bauprozess zur Verfügung stellen zu können. Erforderliche Anforderungskriterien und zulässige Toleranzen der Lieferqualität wurden neu gefasst. Es wurde ein Verfahren entwickelt, europäische Bauprodukte qualitätsgesichert in den Bauprozess im Bundesfernstraßenbericht zu überführen.
Zeolitic imidazolate framework (ZIF) hybrid fluorescent nanoparticles and ZIF antibody conjugates have been synthesized, characterized, and employed in lateral-flow immunoassay (LFIA). The bright fluorescence of the conjugates and the possibility to tailor their mobility gives a huge potential for diagnostic assays. An enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) with horseradish peroxidase (HRP) as label, proved the integrity, stability, and dispersibility of the antibody conjugates, LC-MS/MS provided evidence that a covalent link was established between these metal-organic frameworks and lysine residues in IgG antibodies.
For many heterogeneous sensor applications as well as the synthesis of hapten antigens to produce antibodies, protein conjugates of the target substance are essential. A requirement is that the target substance already offers or is modified to contain a functionality that allows for coupling to a protein, that is, an amino acid residue. Ideally, to avoid shielding of the compound by the carrier protein, a sufficient distance to the protein surface should be provided. With its carboxyl function diclofenac (DCF) allows for direct binding to lysine residues after in situ synthesis of the NHS ester. One problem is that diclofenac as free acid tends to autocondensation, which results in low yields. Here we describe the 'insertion' of a C6 spacer via synthesis of the amide with 6-aminohexanoic acid. To carry out the reaction in solution, first the methyl ester of the amino acid had to be produced. Due to otherwise low yields and large cleaning efforts, solid-phase synthesis on Fmoc Ahx Wang resin is recommended. The crude product is mainly contaminated by cleavage products from the resin which were removed by chromatography. The structure of the highly pure hapten was completely determined by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.
In Deutschland fallen mittelfristig erhebliche Mengen von Mauerwerkbruch an. Aus dem jährlichen Bauschuttanfall und den Produktionszahlen von Wandbausteinen lassen sich die Mengen an Mauerwerksrestmassen ableiten, die als Rückbaumaterial bei Abriss-, Umbau und Sanierungsarbeiten in Deutschland anfallen werden. Hiernach ist pro Jahr mit bis zu 10 Millionen Tonnen heute vornehmlich heterogen anfallendem Mauerwerkbruch zu rechnen [1a]. Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft sind diese Restmassen zukünftig einem möglichst hochwertigen Recycling zuzuführen. In diesem Spannungsfeld führt die deutsche Mauersteinindustrie das breit aufgestellte gemeinschaftliche Forschungsprojekt "SIM Stoffkreislauf im Mauerwerksbau" durch. In insgesamt acht mauersteinübergreifenden IGFForschungsvorhaben wurden und werden technisch orientierte Lösungsmöglichkeiten für das Recycling von Mauerwerk erarbeitet und Anwendungsbereiche für Mauerwerksrestmassen aufgezeigt. Eine grundsätzliche Entscheidung über die Eignung von Mauerwerksrestmassen für bestimmte Recyclingwege kann es letztlich nicht geben. Es wird immer eine Einzelfallentscheidung bleiben, die wesentlich durch komplexe technische sowie ökologische und ökonomische Randbedingungen geprägt wird.
Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens 17022 N der Forschungsvereinigung Porenbetonindustrie e.V., Berlin die Nachhaltigkeit verschiedener Recyclingoptionen für Mauerwerkbruch ganzheitlich untersucht und bewertet. Unter Einbeziehung der Hauptwandbausteinarten Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton und Leichtbeton wurden dabei material- und verfahrenstechnische sowie ökologische, ökonomische und soziale Aspekte berücksichtigt. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein EDV-gestütztes Analysetool (Web-Tool) zur Nachhaltigkeitsbewertung für das Mauerwerksrecycling entwickelt. Mit dem Web-Tool sollen Anwender (Planer, Architekten, Recycler) die Möglichkeit erhalten, für verschiedene Untersuchungsfälle unter Einbeziehung regional und sachlich bedingter Parameter, wie Materialqualität, Stoffmengen, Logistik, Aufbereitungstechnik, Anwendungsbereiche, Kosten und Erlöse, objektspezifische Aussagen zur Nachhaltigkeit treffen zu können. Auf diesem Wege können im Sinne der aktuellen gesetzlichen Vorgaben nachhaltige Stoffkreisläufe im Mauerwerksbau geschlossen und somit letztlich die Deponierung von Mauerwerksrestmassen vermieden werden.
Alle vier Wandbaustoffarten haben sich im Rahmen des Forschungsvorhabens als recyclingfähig und hinsichtlich der Nachhaltigkeit als gleichwertig erwiesen. Das Ziel des Vorhabens wurde damit erreicht.
Single Femtosecond Laser-Pulse-Induced Superficial Amorphization and Re-Crystallization of Silicon
(2021)
Superficial amorphization and re-crystallization of silicon in <111> and <100> orientation after irradiation by femtosecond laser pulses (790 nm, 30 fs) are studied using optical imaging and transmission electron microscopy. Spectroscopic imaging ellipsometry (SIE) allows fast data acquisition at multiple wavelengths and provides experimental data for calculating nanometric amorphous layer thickness profiles with micrometric lateral resolution based on a thin-film layer model. For a radially Gaussian laser beam and at moderate peak fluences above the melting and below the ablation thresholds, laterally parabolic amorphous layer profiles with maximum thicknesses of several tens of nanometers were quantitatively attained. The accuracy of the calculations is verified experimentally by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDX). Along with topographic information obtained by atomic force microscopy (AFM), a comprehensive picture of the superficial re-solidification of silicon after local melting by femtosecond laser pulses is drawn.
This paper addresses the quantification of the value of structural health monitoring (SHM) before its implementation for structural systems on the basis of its Value of Information (VoI). The value of SHM is calculated utilizing the Bayesian pre-posterior decision analysis modelling the structural life cycle performance, the integrity management and the structural risks. The relevance and precision of SHM information for the reduction of the structural system risks and the expected cost of the structural integrity management throughout the life cycle constitutes the value of SHM and is quantified with this framework. The approach is focused on fatigue deteriorating structural steel systems for which a continuous resistance deterioration formulation is introduced. In a case study, the value of SHM for load monitoring is calculated for a Daniels system subjected to fatigue deterioration. The influence of and the value of SHM in regard to the structural system risks and the integrity management is explicated and explained. The results are pointing to the importance of the consideration of the structural system risks for the quantification of the value of SHM.