Wissenschaftliche Artikel der BAM
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A micromechanical model of creep induced grain boundary damage is proposed, which allows for the simulation of creep damage in a polycrystal with the finite element method. Grain boundary cavitation and sliding are considered via a micromechanically motivated cohesive zone model, while the grains creep following the slip system theory. The model has been calibrated with creep test data from pure Cu single crystals and a coarse-grained polycrystalline Cu-Sb alloy. The test data includes porosity measurements and estimates of grain boundary sliding. Finally, the model has been applied to Voronoi models of polycrystalline structures. In particular the influence of grain boundary sliding on the overall creep rate is demonstrated.
Der Large Hadron Collider (LHC) des europäischen Kernforschungszentrums CERN ist einer der weltweit größten und leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger. Um den Teilchenstrahl auf seiner Kreisbahn zu halten, werden mit Hilfe supraleitender Spulen sehr starke Magnetfelder erzeugt. Die hierzu benötigten hohen Ströme werden über Verbunddrähte aus Niob-Titan und Kupfer geleitet.
Die Drähte werden u.a. durch Ultraschallschweißungen miteinander verbunden. Eine mangelhafte Verbindung kann zur Erwärmung der Kontaktstelle und in Folge davon zum Zusammenbruch der Supraleitung führen. Auf Anfrage des CERN wurden an der BAM Untersuchungen zur Prüfbarkeit solcher Verbindungen bei Umgebungstemperatur durchgeführt. Es gelang, für einen Verbindungstypen einen Wirbelstromsensor für eine manuelle Prüfung zu entwickeln. Ein Prototyp des Sensors befindet sich beim CERN in der praktischen Erprobung. Das Sensorprinzip sowie Prüfergebnisse aus Labor und Praxis werden vorgestellt.
In this article, the high potential of the fluorolytic sol–gel process to synthesize nanoscopic rare earth-doped calcium fluoride sols is shown. Through a fluorolytic sol–gel process we manage to achieve spherical monodisperse ~5 nm sized nanoparticles using a simple and reproducible one-pot-wet chemical route at room temperature. The as-synthesized clear sols exhibit an intense red and green luminescence under UV excitation at room temperature. A spectroscopic study of the sols revealed the characteristic transitions 5D0 → 7FJ of Eu3+ and 5D4 → 7FJ of Tb3+, with 5D0 → 7F2 (611 nm) of Eu3+ and 5D4 → 7F4 (581 nm) of Tb3+ as the most prominent transitions. This facile synthetic strategy is also valuable for developing other luminescent nanoparticles.
A flexible, sustainable, one-step thermal decomposition route for the synthesis of hierarchical, heteroatom doped carbon foams is presented. Task-specific semi-organic crystals combine functions for three different purposes: the carbon and heteroatom source, a foaming agent (CO2) and an in situ generable template (NaCl). Insights to the decomposition pathway were gained through FTIR/MS coupled TGA and an ultrafast out-of-furnace heating procedure and the products were analysed with (HR)SEM/TEM, EELS, FTIR, and N2 sorption. The resulting macroporous carbon foams are excellent supports for metallic nanoparticles due to their hierarchical structure, high surface area and tuneable heteroatom contents. This was demonstrated for catalytically active copper or the magnetic CoNi alloy for water purification.
Ultraschall-Echo-Messungen dienen im Bauwesen zur Dickenbestimmung von Bauteilen sowie der Lokalisierung und Charakterisierung von Einbauteilen, Einlagerungen und anderen Inhomogenitäten. Zur Rekonstruktion werden bisher Abbildungsverfahren wie z.B. 3D-SAFT genutzt. Diese setzen aber voraus, dass direkte Reflexionen am Abbildungsobjekt erfolgen. Deshalb können keine zuverlässigen Aussagen über den Durchmesser von eingebauten Spannkanälen oder z. B. Seitenkanten von Objekten getroffen werden.
Ziel laufender Forschungsarbeiten ist es, die Abbildungsqualität zu verbessern.
Mit der aus der Geophysik stammenden Reverse Time Migration, die bereits häufig in der Erdölexploration genutzt wird, lassen sich auch steilere Strukturen über 70° abbilden und somit auch die Unterseite von Einbauten oder Stufen in Bauteilen darstellen.
Um die Leistungsfähigkeit des Algorithmus für die zerstörungsfreie Prüfung zu untersuchen, wurden verschiedene Simulationsrechnungen durchgeführt. Dabei wurden typische Prüfprobleme unterschiedlicher Komplexität zunächst in Polyamid nachgestellt. Die Schwerpunkte lagen bei der Darstellung senkrechter Grenzflächen und Hohlstellen. Die Rechnungen dienten neben der Evaluierung und Optimierung des Verfahrens auch der Planung von Experimenten an Probekörpern mit verschiedenen Einbauten.
Die Simulationsergebnisse wurden an einem dem synthetischen Modell entsprechenden Polyamidprobekörper überprüft, an dem rauscharme Ultraschalldaten aufgenommen werden konnten. In einer Messreihe wurde in den Probekörper eine Bohrung eingebracht und schrittweise vergrößert. Mit diesen Messungen konnte die Leistungsfähigkeit der Reverse Time Migration auch an realen Ultraschalldaten nachgewiesen werden. Untersuchungen mit an Beton aufgenommenen Ultraschalldaten werden folgen.
Recent advances in vacuum sciences and applications are reviewed. Novel optical interferometer cavity devices enable pressure measurements with ppm accuracy. The innovative dynamic vacuum standard allows for pressure measurements with temporal resolution of 2 ms. Vacuum issues in the construction of huge ultra-high vacuum devices worldwide are reviewed. Recent advances in surface science and thin films include new phenomena observed in electron transport near solid surfaces as well as novel results on the properties of carbon nanomaterials. Precise techniques for surface and thin-film characterization have been applied in the conservation technology of cultural heritage objects and recent advances in the characterization of biointerfaces are presented. The combination of various vacuum and atmospheric-pressure techniques enables an insight into the complex phenomena of protein and other biomolecule conformations on solid surfaces. Studying these phenomena at solid–liquid interfaces is regarded as the main issue in the development of alternative techniques for drug delivery, tissue engineering and thus the development of innovative techniques for curing cancer and cardiovascular diseases. A review on recent advances in plasma medicine is presented as well as novel hypotheses on cell apoptosis upon treatment with gaseous plasma. Finally, recent advances in plasma nanoscience are illustrated with several examples and a roadmap for future activities is presented.
Untersuchung der Auflösungsgrenzen der Lockin-Thermografie zur Prüfung von Faserverbundwerkstoffen
(2014)
Aktive Thermografie mit Lockin-Anregung stellt ein berührungsfreies und zerstörungsfreies Prüfverfahren dar, welches insbesondere auch die Prüfung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen ermöglicht. Um eine Standardisierung dieses Verfahrens voranzubringen, wurden im Rahmen eines Forschungsprojektes umfangreiche Untersuchungen zur Validierung des Verfahrens durchgeführt.
Dabei wurden unter anderem der Einfluss der spektralen Empfindlichkeit verschiedener Kamerasysteme, unterschiedlicher Lagenaufbauten bei CFK-Probekörpern und der Einfluss einer Phasenverschiebung zwischen dem Anregungssignal und der Detektion der Thermografiebilder untersucht.
Two design approaches for multifunctional information carriers are introduced. In the first one, quick response (QR) code carriers, which were composed of poly(ester urethane) (PEU) and microencapsulated thermochromic pigments (T-PIGs), differing in color and color switching temperature (CST), were prepared. The obtained material systems exhibited machine-readable QR codes at 23 °C and a two-stage decolorization when heated, culminating in unreadable QR codes at temperatures above the highest CST of the employed T-PIGs. In the second scenario, information carriers were sealed with a dark, thermochromic PEU layer. As a result, the QR codes were hidden at 23 °C and became readable upon heating due to color fading. Beyond the characterization of the employed components, preparation methods, functionality analyses and durability investigations are reported. When heated after thermo-mechanical programming, pronounced shape memory properties could be verified. The thermo-responsiveness of such multifunctional material systems may qualify them for usage in anti-counterfeiting applications.
The mechanochemical synthesis of two model compounds, a metal organic framework ([Bi(1,4-bdc)2]*(Im) (bdc = benzene dicarboxylate, Im = imidazole cation)) and a cocrystal (Carbamazepine:Indometacin 1:1) were followed ex situ by combined analytical methods. Powder X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy data were evaluated for the synthesis of the metal organic framework. XRD measurements and REM images were analysed for the synthesis of the cocrystal. The measurements revealed that both model compounds were synthesised within minutes. The metal organic framework [Bi(1,4-bdc)2]*(Im) is synthesised via an intermediate structure. The cocrystal Carbamazepine:Indometacin 1:1 is formed within few seconds and afterwards the crystallite size decreases extremely.
In order to investigate molecular recognition on surfaces, an azide-functionalized monolayer was deposited on gold. The monolayer was characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and angle-resolved near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) experiments and the decomposition of the azide upon irradiation with X-ray beams was investigated. Subsequently, various alkyne-functionalized host and guest molecules were attached to the azide by 1,3-dipolar cycloaddition. These modified surfaces and their host–guest chemistry were analysed by XPS and angle-resolved NEXAFS. The reversibility of guest binding was shown for one example as a proof of principle.