Wissenschaftliche Artikel der BAM
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- 6.3 Strukturanalytik (168)
- 8.5 Röntgenbildgebung (139)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (102)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (101)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (100)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (80)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (79)
- 1.2 Biophotonik (74)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (70)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (69)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (66)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (65)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (63)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (61)
- 7.4 Baustofftechnologie (61)
- 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien (57)
- 1.4 Prozessanalytik (56)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (56)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (55)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (54)
- 1.5 Proteinanalytik (52)
- 6.0 Abteilungsleitung und andere (51)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (50)
- 1.8 Umweltanalytik (43)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (42)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (42)
- 7.2 Ingenieurbau (40)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (38)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (38)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (35)
- 9.2 Versuchsanlagen und Prüftechnik (32)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (31)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (29)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (28)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (28)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (28)
- 5.5 Materialmodellierung (27)
- 5.6 Glas (27)
- S Qualitätsinfrastruktur (27)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (26)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (26)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (24)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (23)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (23)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (22)
- VP Vizepräsident (22)
- VP.1 eScience (22)
- 7.1 Baustoffe (21)
- 1.3 Instrumentelle Analytik (19)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (17)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (17)
- 1.6 Anorganische Referenzmaterialien (16)
- S.2 Digitalisierung der Qualitätsinfrastruktur (16)
- 7.7 Modellierung und Simulation (15)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (13)
- 7.0 Abteilungsleitung und andere (13)
- P Präsident (11)
- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (10)
- 3.5 Sicherheit von Gasspeichern (10)
- P.0 Präsident und andere (10)
- 6.7 Materialsynthese und Design (9)
- 7.3 Brandingenieurwesen (9)
- 6.4 Materialinformatik (8)
- 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern (7)
- S.3 Ökodesign und Energieverbrauchskennzeichnung (7)
- 3.6 Elektrochemische Energiematerialien (6)
- S.1 Qualität im Prüfwesen (5)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (4)
- 8.3 Thermografische Verfahren (4)
- 4.6 Molekulare und angewandte Entomologie (3)
- 2.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 2.2 Prozesssimulation (2)
- 2.3 Einstufung von Gefahrstoffen und -gütern (1)
- 2.5 Konformitätsbewertung Explosivstoffe/Pyrotechnik (1)
- 3.3 Sicherheit von Transportbehältern (1)
- KM Kommunikation, Marketing (1)
- PST Präsidiale Stabsstelle (1)
- VP.2 Informationstechnik (1)
Paper des Monats
- ja (68)
A high-performance fiber Bragg grating-based (FBG) sensor device has been developed for the detection of small magnetic fields. Based on a smart multilayer jacket around the fibre over the physical length of the FBG, magnetic fields generated by rotating machine parts, power generators or power cable can be easily detected, analysed and evaluated. Consequently, this innovative, on-line and non-contact inspection method results in an increase in quality and reliability of high-performing machine parts, devices and cables. The basic physical principle is based on a magnetostrictive multilayer system that strains the high-resolution FBG element in presence of magnetic fields. Subsequently, a fixed relationship between induced magnetic field and wavelength change of the FBG element describes the characteristic sensitivity curve. Intensive tests regarding characterisation of this magnetic field FBG sensor have been carried out and its performance has been evaluated.
IND15 JRP SurfChem: Traceable quantitative surface chemical analysis for industrial applications
(2016)
The SurfChem project has made a significant contribution to traceable quantitative surface chemical analysis for industrial applications by delivering new certified reference materials and test samples for specific technical applications. Regular performance tests of instruments, metrological methodology for the detection of (bio)organic surface species, ambient and non-destructive surface chemical analysis for in-line process control and new in situ characterisation techniques of catalytically active surfaces have been achieved.
Materials and chemical producers require detailed knowledge of surface chemistry for research into new products. One way to understand a surface without damaging it is to bombard it with an electron beam, causing its atoms to emit characteristic X-rays enabling identification. The measurement of these must be precise as many elements emissions are close in energy – traceable reference materials will ensure instruments using this technique are stable and accurate.
Ultrasonic imaging systems usually require an array of ultrasonic transducers for data acquisition on a wide area on top of an object under investigation. The goal of an imaging algorithm is the use of reflected ultrasound data to form a recognizable image. Conventional algorithms like SAFT are based on an inverse Huygens' principle and need therefore a dense measurement grid. This requires a big effort in data capturing. For simple and inexpensive measurement different strategies of imaging with reduced amount of data and examples with a manual scanning device on concrete elements are presented.
Online monitoring and process control requires fast and noninvasive analytical methods, which are able to monitor the concentration of reactants in multicomponent mixtures with parts-per-million resolution. Online NMR spectros-copy can meet these demands when flow probes are directly coupled to reactors, since this method features a high linearity between absolute signal area and sample concentration, which makes it an absolute analytical com-parison method being independent on the matrix. Due to improved magnet design and field shimming strategies portable and robust instruments have been introduced to the market by several manufacturers during the last few years. First studies with this technology showed promising results to monitor chemical reaction in the laboratory.
Rekonstruktion des Bestandsplans im Zuge der Nachrechnung der Brücke über die Leine bei Schwarmstedt
(2016)
Der aktuell im Rahmen der Nachrechnungsrichtlinie geforderte Nachweis von Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Ermüdung der Brückenbauwerke im Bestand der Länder und des Bundes stellt eine enorme Herausforderung dar. Insbesondere bei unvollständigen oder fehlenden Bestandsplänen der Bauwerke sind Maßnahmen erforderlich, um die erforderlichen Informationen zu beschaffen. Ein wirkungsvolles Instrument können hierfür die zerstörungsfreien Prüfverfahren des Bauwesens sein. In dem präsentierten Forschungsprojekt erfolgte die Rekonstruktion eines Bestandsplanes direkt auf die Anforderungen des mit der Nachrechnung beauftragten Ingenieurbüros. Darüber hinaus wurde der Entwurf eines Leitfadens erstellt, der im Falle von unvollständigen oder fehlenden Bestandsplänen die Grundlagen für die Beauftragung und Durchführung der Nachrechnung schafft.
Die zerstörungsfreien Prüfverfahren konnten ihre Fähigkeit bei der Untersuchung von Elementwänden in einzelnen Fallstudien erbringen. Aufbauend auf den Kenntnissen aus der Praxis und auf Testreihen im Rahmen von Laboruntersuchungen wurde ein erster Ringversuch geplant und durchgeführt. Im Rahmen dieses Ringversuchs wurden verschiedene Strukturdefekte und Einbauteile in Elementwände eingebaut. Die Messung der Wände erfolgte anschließend durch mehrere Messteams mit unterschiedlichen zerstörungsfreien Prüfverfahren. Zum Einsatz kamen hierbei das Ultraschall-Echo- und das Impact-Echo-Verfahren sowie das Impuls-Radar-Verfahren. Zur Verbesserung der Vergleichbarkeit zwischen den unterschiedlichen Prüfverfahren wurde auf die Elementwände ein einheitliches Messraster aufgebracht. Für eine möglichst objektive Messung der Wände erhielten die Messteams vor den Messungen keine Details zu den Strukturdefekten oder Einbauteilen. Die Prüfaufgabe bestand darin, die Wände mit dem jeweiligen Prüfverfahren zu untersuchen. Anschließend wurden die Ergebnisse der Messteams zentral gesammelt und ausgewertet. Anhand der zentralen Auswertung sollten Aussagen zu den eingebauten Inhomogenitäten ableitet werden. Hierdurch kann zum einen die Leistungsfähigkeit der Prüfverfahren an unterschiedlichsten Inhomogenitäten getestet werden, zum anderen können die Ergebnisse und somit die Prüfverfahren untereinander verglichen werden. Zu diesen in der Praxis immer häufiger vorkommenden Fragestellungen können grundsätzliche Aussagen zum Einsatz von zerstörungsfreien Prüfungen bei Elementwänden gewonnen werden. Über die Ergebnisse dieses Ringversuches wird nachfolgend berichtet.
In this work, fullerene has been functionalized with cyanuric Chloride at room temperature by a nitrene mediated [2 + 1] cycloaddition reaction. The adduct after functionalization is inherently in the form of azafulleroid and shows broad UV absorption in the wavelength range of 200–800 nm, as well as photothermal conversion and fluorescence with a high quantum yield.
A novel photoswitchable rotaxane was synthesised and its switching behaviour in solution was analysed with NMR and UV-Vis. A monolayer of rotaxanes was deposited on glass surfaces and the on-surface photoswitching was investigated. Angle-resolved NEXAFS spectra revealed a preferential orientation that reversibly changes upon switching.
Healable materials could play an important role in reducing the environmental footprint of our
modern technological society through extending the life cycles of consumer products and constructions. However, as most healing processes are carried out by heat alone, the ability to heal damage generally kills the parent material’s thermal and mechanical properties. Here we
present a dynamic covalent polymer network whose thermal healing ability can be switched ‘on’ and ‘off’ on demand by light, thereby providing local control over repair while retaining the advantageous macroscopic properties of static polymer networks. We employ a photoswitchable furan-based crosslinker, which reacts with short and mobile maleimidesubstituted poly(lauryl methacrylate) chains forming strong covalent bonds while simultaneously allowing the reversible, spatiotemporally resolved control over thermally induced de- and re-crosslinking. We reason that our system can be adapted to more complex materials and has the potential to impact applications in responsive coatings, photolithography and microfabrication.
Die naturwissenschaftliche Analyse historischer Materialen ermöglicht die Beantwortung kulturhistorischer Fragestellungen, die mit kunsthistorischen oder archäologischen Ansätzen allein nicht zu leisten sind. In dieser Studie wurden sechs römische Münzen mit unterschiedlich stark ausgeprägten Korrosionsschichten an unbehandelten und polierten Stellen mit vier zerstörungsfreien analytischen Methoden untersucht: Hoch- und Niederenergie Protonen Induzierter Röntgenemission (HE-/PIXE), Synchrotronstrahlungsinduzierte-Röntgenfluoreszenzanalyse (SY-RFA) und Mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse (Mikro-RFA) mit einem mobilen Gerät. Aufgrund von Unterschieden in den Messbedingungen und dem Einfluss der Patina-Schichten auf diese ergaben sich nur für wenige Elemente Übereinstimmungen in den quantitativen Daten. Zur Validierung zukünftiger Messkampagnen mit verschiedenen Methoden sind daher Vergleichstudien unerlässlich.
Immuno imaging by the use of Laser Ablation Inductively Coupled Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) is a growing research field in life sciences such as biology and biomedicine. Various element labeling strategies for antibodies have been developed for the application of multiplex immunoassays analyzed by the use of LA-ICP-MS. High multiplexing capabilities, a wide linear dynamic range and the possibility of absolute quantification are the main advantages of ICP-MS. But in the context of immuno imaging by the use of LA-ICP-MS, quantification of analytes is limited due to non-controllable antibody labeling chemistry. In the presented proof-of-principle a novel antibody labeling technique has been investigated which results in a controlled labeling degree. A small affinity protein based on the C2 domain of protein G was modified with conventional metal coded tags (MeCAT) after introducing a cysteine into the C-terminus of the protein. The modified C2 domain photo-crosslinks to the Fc or Fab region of the IgG and allows specific and covalent labeling of antibodies for multiplex immunoassay analysis by the use of LA-ICP-MS. In combination with a house-made calibration membrane the amount of labeled antibody–antigen complexes in a multiplex western blot immunoassay was determined by LA-ICP-MS.
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.
The crystal structures and syntheses of four different copper(II) phenylphosphonates, the monophenylphosphonates α-, β-, and γ-Cu(O3PC6H5)·H2O (α-CuPhPmH (1) β-CuPhPmH (2) and γ-CuPhPmH (3)), and the diphosphonate Cu(HO3PC6H5)2·H2O (CuPhP2mH (4)), are presented. The compounds were synthesized from solution at room temperature, at elevated temperature, under hydrothermal conditions, and mechanochemical conditions. The structures of α-CuPhPmH (1) and CuPhP2mH (4) were solved from powder X-ray diffraction data. The structure of β-CuPhPmH (2) was solved by single crystal X-ray analysis. The structures were validated by extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and DTA analyses. Disorder of the crystal structure was elucidated by electron diffraction. The relationship between the compounds and their reaction pathways were investigated by in situ synchrotron measurements.
Process monitoring of an intensified continuous production unit with compact NMR spectroscopy
(2016)
Monitoring chemical reactions is the key to chemical process control. Today, mainly optical online methods are applied. NMR spectroscopy has a high potential for direct loop process control. Compact NMR instruments based on permanent magnets are robust and relatively inexpensive analyzers, which feature advantages like low cost, low maintenance, ease of use, and cryogen-free operation. Instruments for online NMR measurements equipped with a flow-through cell, possessing a good signal-to-noise-ratio, sufficient robustness, and meeting the requirements for integration into industrial plants (i.e., explosion safety and fully automated data analysis) are cur-rently not available off the rack. Recently, promising benchtop NMR instruments with acceptable performance came to market and process integrated sensors developed on basis of such laboratory instruments are on their way.
Grating interferometric set-ups have been established in the last decade. They are promising candidates to obtain enhanced image contrast from weakly absorbing micro and nano structures. They are based on X-ray refraction and near-field diffraction using the Talbot effect.
At the expense of taking multiple images, Talbot-Lau grating interferometry allows separating the absorption, refraction, and scattering contributions by analysing the disturbances of a phase grating interference pattern. Contrary to other refraction enhanced methods, this technique can be applied using conventional X-ray tubes (divergent, polychromatic source). This makes it attractive to solve typical non-destructive testing problems.
We investigated the efficiency of phase gratings, i.e. the visibility (the amplitude of oscillations) upon variation of propagation distance and phase grating rotation around an axis parallel to the grid lines. This grating rotation changes the grating shape (i.e. the distributions of phase shifts). This can yield higher visibilities than derived from rectangular shapes.
Our study includes experimental results obtained from synchrotron radiation, as well as simulations for monochromatic radiation. The advantages of Talbot-Lau interferometry are demonstrated at the example of glass capillaries.
With increased usage of highly demanded, modern materials on safety
relevant parts (e.g. railway wheel sets, generator shafts, turbine disks, medical
implants, etc.) comprehensive analyses regarding the quality of the material are
requested. This gives a focus to non-destructive methods using ultrasound immersion
tank testing for classifying the degree of purity. Two autonomous standards,
ASTM E588 and SEP 1927, have been established for the definition, execution and
evaluation for this high resolution ultrasonic measurements on steel products.
The propagation of ultrasonic waves and the resulting sound field are strongly
dependent on the acoustical properties of the inspected material and the geometry
of probes and specimen. The definition of the measurement setup and the evaluation
methods appear to differ significantly in the given standards. ASTM E588 and
SEP 1927 prescribe the requirement for surface roughness and probe selection, are
using threshold based methods for cleanliness detection, but differ in computation
for the degree of purity. This has been the motivation for a comparison between
both standards with the main focus on amplitude depth dependency and overall spatial
resolution taking the influence of different material characteristics, geometry of
the specimen and sound fields into account.
A performance comparison between the use of non-focusing and focusing probes
respective to the threshold based detection will be presented in this contribution. In
addition, the usage of complex reconstruction algorithms (e.g. SAFT, echo tomography)
is compared with the traditional approaches of inclusion detection and
estimation of the degree of purity
Molybdenum disulfide (MoS₂) is a well-known solid lubricant for tribosystems running in vacuum or dry gases. Problems arise due to its sensitivity to humidity, which is a drawback for its application under ambient conditions. However, by using a physical vapor deposition (PVD) process, deposition parameters can be optimized not only to gain a coatings structure with favorable frictional properties but also to minimize the sensitivity to attack by water molecules. Therefore, an improved tribological behavior even under moist conditions can be achieved. MoS₂coatings are also candidates for being applied at cryogenic temperatures. They already have proven their suitability, e.g., for sliding support elements between superconducting magnets of the nuclear fusion-experiment Wendelstein 7-X. However, these coatings were exclusively produced for this particular application and the utilization for more common tribosystems may be precluded due to cost considerations. In view of a wider range of applications, pure and Cr containing PVD-MoS₂ coatings with an optimized structure were tested under varying environments including hydrogen gas and cryogenic temperatures. Results of the most promising variant are presented in this paper.
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) und Helium (He) sind gängige Prüfgase für Dichtheitsprüfungen. Die einfachste Leckgeometrie stellt ein ideal zylindrisches Rohr dar. Es wurden Glaskapillaren verschiedener Abmessungen mit Lachgas und Helium durchströmt. Der Überdruck am Kapillareingang lag zwischen 100 mbar und 400 mbar. Es handelte sich um vier annähernd zylindrische Glaskapillaren mit den mittleren Durchmessern: Kapillare 1: ca. 102 μm; Kapillare 2: ca. 71 μm; Kapillare 3B: ca. 49 μm; Kapillare 4: ca. 53 μm. Zudem wurde eine nichtzylindrische Kapillare geprüft (Kapillare 3A). Die Kapillaren 1, 2 und 3B wurden mit beiden Prüfgasen getestet. Kapillare 3A wurde nur mit Lachgas durchströmt, Kapillare 4 nur mit Helium. Für die Messung der Leckageraten kam das Überdruckverfahren mit Ansammlung (Verfahren B3 nach DIN EN 1779: 1999-10) zum Einsatz. Als Detektor für Lachgas diente der Lachgasdetektor Maihak Unor 6 N, für Helium der Leckdetektor T-Guard der Firma Inficon.
Es wurden verschiedene Theorieansätze verglichen. Beim Theorieansatz Ib erfolgte die Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf die Helium-Messwerte und umgekehrt anhand der Druck-, Temperatur- und Gasartabhängigkeit der Leckagerate für laminar-viskose Gasströmung (DIN EN 1779: 1999-10; DGZfP-Richtlinie DP2: 2009-12). Beim Theorieansatz II wurde die Berechnung der Leckagerate für die laminar-viskose Rohrströmung unter der Annahme einer ideal zylindrischen Kapillare durchgeführt. Zusätzlich wurde mit „ANSYS Fluent“ eine CFD-Simulation vorgenommen. Bei Kapillare 3A wurde eine Serienschaltung der Strömungsleitwerte von Rohr und Düse angesetzt. Bei Anwendung des Ansatzes Ib werden bei Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Messwerte überschätzt. Umgekehrt werden bei der Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf Helium die Helium-Messwerte unterschätzt. Bei Analyse der Einlauflängen der Rohrdurchströmung ist festzustellen, dass diese für Lachgas stets größer als für Helium sind. Bei Lachgas liegt daher für einige Messwerte noch keine ausgebildete laminare Rohrströmung vor. Einlaufeffekte können somit nicht vernachlässigt werden. Als Fazit ergibt sich, dass bei Verwendung von Helium als Prüfgas und Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Leckageraten sicherheitstechnisch konservativ abgeschätzt werden.
The maximum magnetisation (saturation magnetisation) obtainable for iron oxide nanoparticles can be increased by doping the nanocrystals with non-magnetic elements such as zinc. Herein, we closely study how only slightly different synthesis approaches towards such doped nanoparticles strongly influence the resulting sub-nano/atomic structure. We compare two co-precipitation approaches, where we only vary the base (NaOH versus NH3), and a thermal decomposition route. These methods are the most commonly applied ones for synthesising doped iron oxide nanoparticles. The measurable magnetisation change upon zinc doping is about the same for all systems. However, the sub-nano structure, which we studied with Mössbauer and X-ray absorption near edge spectroscopy, differs tremendously. We found evidence that a much more complex picture has to be drawn regarding what happens upon Zn doping compared to what textbooks tell us about the mechanism. Our work demonstrates that it is crucial to study the obtained structures very precisely when “playing” with the atomic order in iron oxide nanocrystals.