Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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- 6.3 Strukturanalytik (65)
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- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (55)
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- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (45)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (44)
- 4 Material und Umwelt (36)
- 7 Bauwerkssicherheit (34)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (28)
- 6.0 Abteilungsleitung und andere (26)
- 1.2 Biophotonik (25)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (22)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (21)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (20)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (19)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (19)
- 5.6 Glas (19)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (19)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (19)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (14)
- 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien (13)
- 7.1 Baustoffe (13)
- 6.7 Materialsynthese und Design (12)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (11)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (11)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (11)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (8)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (8)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (8)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (7)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (7)
- 1.4 Prozessanalytik (6)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (6)
- 2.5 Konformitätsbewertung Explosivstoffe/Pyrotechnik (5)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (5)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (5)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (5)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (5)
- 1.6 Anorganische Referenzmaterialien (4)
- 2.0 Abteilungsleitung und andere (4)
- 5.5 Materialmodellierung (4)
- 8.3 Thermografische Verfahren (4)
- 9.2 Versuchsanlagen und Prüftechnik (4)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (3)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (3)
- 7.2 Ingenieurbau (3)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (3)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (3)
- VP Vizepräsident (3)
- VP.1 eScience (3)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (2)
- 1.5 Proteinanalytik (2)
- 2.2 Prozesssimulation (2)
- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (2)
- 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern (2)
- 1.8 Umweltanalytik (1)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 3.3 Sicherheit von Transportbehältern (1)
- 3.6 Elektrochemische Energiematerialien (1)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 6.4 Materialinformatik (1)
- 7.4 Baustofftechnologie (1)
- MP Mitglied des Präsidiums (1)
- MP.0 Mitglied des Präsidiums und andere (1)
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Eingeladener Vortrag
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We present an in situ investigation of the mechanochemical formation of cocrystals using synchrotron XRD and Raman spectroscopy. This combination allows to study milling processes on the level of the molecular and crystalline structure thus obtaining reliable data for mechanistic studies. Thereby, mechanochemical syntheses can be optimized to isolate new crystal structures.
We report on the in situ investigation of mechanochemical syntheses of metal phosphonates. The metal phosphonates are formed in milling reactions starting from a metal acetate and a phosphonic acid. The conversions are observed by synchrotron PXRD and Raman spectroscopy to shed light on the reaction mechanisms including possible intermediates.
Ceramic components with complex shape cannot be produced frequently by usual ceramic forming and sintering processes. Therefore, numerous joining methods were developed and introduced in industrial scale. Nowadays, multi-stage Mo-Mn-process and active brazing are preferentially used, if temperature-stable and gastight joints are required. Unfortunately, both processes involve cost-intensive thermal processes: hydrogenous atmosphere is essential for metallization in Mo-Mn-process and active brazing takes place under vacuum. Thermal processes can be drastically simplified by using Reactive Air Brazing (RAB). Joining under air atmosphere is an interesting alternative, especially to join oxide ceramic components among themselves. So far, main disadvantage of RAB is low strength of join connections.
Aim of this investigation was the development of high-strength, thermal shock resistant and gastight ceramic-ceramic joints by RAB. Therefore,
- commercial, silver and copper oxide containing RAB soldering composition was modified by addition of ceramic particles with low thermal expansion coefficients (TEC). Hence, thermal misfit between TEC of solder and ceramic components was significantly reduced.
- RAB soldering paste was replaced with newly developed RAB composite tapes, produced by ceramic “doctor blade” technology. Thereby, improved potential exist to tailor the brazing layer relating to composition, thickness and thickness uniformity.
Gastight alumina-alumina, alumina-zirconia and zirconia-zirconia joints with strongly improved strength were produced by novel composite tapes. No strength degradation of joints was observed after thermal cycling up to 700°C.
The wetting behavior of material surfaces can be controlled by surface structures. We functionalized inorganic material surfaces, such as steel, titanium alloy and silicon, to modify the wetting behavior using ultrashort laser pulses (fs- to ps-range). The laser processing was performed by scanning the laser beam across the surface of initially polished flat sample material. A combined experimental and theoretical study of the laser processing parameters (peak fluence, scan velocity, line overlap) allowed the identification of different regimes associated with characteristic surface morphologies (laser-induced periodic surface structures, grooves, micro cones, dimples, etc.). Analyses of the surface using optical as well as scanning electron microscopy allowed the identification of morphologies providing the optimum similarity to the natural skin of lizards. For mimicking skin structures of moisture-harvesting lizards towards an optimization of the surface wetting behavior, additionally, a two-step laser processing strategy was established for realizing hierarchical micro- and nanostructures. In this approach, a laser-generated regular array of small dimples was superimposed (step 2) to the micron-scaled capillaries processed before (step 1). Optical focus variation imaging measurements finally revealed the three dimensional topography of the laser processed surfaces derived from lizard skin structures. The functionality of these surfaces was analyzed in view of wetting properties.
Laser-induced periodic surface structures (LIPSS, ripples) were generated on steel and titanium surfaces upon irradiation with multiple linear polarized femtosecond laser pulses (pulse duration 30 fs, central wavelength 790 nm). The experimental conditions (laser fluence, spatial spot overlap) were optimized in a sample-scanning geometry for the processing of large surface areas covered homogeneously by the nanostructures. The irradiated surface regions were subjected to optical microscopy (OM), white light interference microscopy (WLIM) and scanning electron microscopy (SEM) revealing sub-wavelength spatial periods. The nanostructured surfaces were tribologically tested under reciprocal sliding conditions against a sphere of hardened 100Cr6 steel at 1 Hz using paraffin oil and engine oil as lubricants. After 1000 sliding cycles at a load of 1.0 N, the corresponding wear tracks were characterized by OM and SEM. For specific conditions the laser-generated nanostructures endured the tribological treatment. Simultaneously, a significant reduction of the friction coefficient was observed in the laser-irradiated (LIPSS-covered) areas when compared to the non-irradiated surface, indicating the potential benefit of laser surface structuring for tribological applications.
Laser-induced periodic surface structures (LIPSS) were generated on titanium nitride (TiN) hardcoating surfaces (deposited on metallic substrates) upon irradiation with multiple linearly polarized femtosecond laser pulses in air (30 fs duration, 790 nm wavelength, 1 kHz pulse repetition rate). The conditions were optimized in a sample-scanning geometry for the processing of large surface areas (5 mm x 5 mm) covered homogeneously by nanostructures with sub-wavelength periods ranging between ~200 nm and 700 nm. For these nanostructures the coefficient of friction was characterized under reciprocating sliding condition against a ball of hardened steel at 1 Hz using different lubricants (regime of mixed friction). After 1000 cycles, the corresponding wear tracks were characterized by optical and scanning electron microscopy. High-resolution energy dispersive X-ray analyzes (EDX) allowed the visualization of chemical alterations within the wear tracks. For specific conditions, the nanostructures endured the tribological treatment. Our experiments provide a qualification of the tribological performance of the fs-LIPSS on TiN surfaces.
Large area periodic surface structures were generated on steel surfaces using 30-fs laser pulses at 790 nm wavelength. Two types of steel exhibiting a different corrosion resistance were used, i.e. a plain structural steel (corrodible) and a stainless steel (resistant to corrosion). Homogeneous fields of laser-induced periodic surface structures (LIPSS) were realized utilizing laser fluences close to the ablation threshold while scanning the sample under the focused laser beam in a multi-pulse regime. The nanostructures were characterized with optical and scanning electron microscopy. For each type of steel, more than ten dentical samples were laser-processed.
These samples were subjected to microbial adhesion tests, investigating bacterial adhesion behavior on the laser structures in comparison to polished reference surfaces. Short term experiments (<24h) were carried out to determine initial biofilm development. E. coli as a typical bacterium representing pathogenic bacteria and Shewanella putrefaciens as metal corrosive bacterium were used for biofilm development analyses. Bacterial cell adhesion was determined microscopically after DAPI cell staining (DNA staining). Comparison of the coverage areas between nanostructured and polished surfaces revealed differences in cell adhesion behavior and biofilm structure.
Das EU-Projekt HOMER befasst sich mit den sogenannten Home Made Explosives (HMEs) und frei verfügbaren Rezepten für deren Herstellung. Diese Selbstlaborate spielen in der heutigen Zeit vor allem im Zusammenhang mit terroristischen Aktivitäten eine bedeutende Rolle. Informationen zu HMEs und ihrer Herstellung werden einfacher denn je über das Internet verbreitet. Hier knüpft das im 7. EU‑Forschungsrahmenprogramm finanzierte Projekt an und bezweckt, die im Internet verfügbaren Quellen auszuwerten und so die Informationslage für Sicherheitskräfte und Ermittlungsbehörden zu verbessern. Im Rahmen des Projektes wird eine automatisierte Suche von Rezepten im Internet entwickelt. Die gefundenen sowie die im Projekt generierten Informationen über HMEs sollen im Endergebnis in Form einer Software (Knowledge Management Platform) informationstechnisch nutzbar gemacht werden. Diese Datenbank soll auch für mobile Geräte zur Verfügung stehen. Der Schwerpunkt der Projektbeteiligung des Fachbereichs 2.3 Explosivstoffe der BAM liegt in der Bewertung der Rezepturen und der auf ihrer Grundlage hergestellten Laborate. Es wurden HMEs entsprechend der vorgefundenen Rezepte und unter Beachtung aller notwendigen Sicherheitsvorkehrungen hergestellt und anschließend sicherheitstechnisch geprüft und bewertet. Dabei wurden sowohl Handhabungsparameter wie die Empfindlichkeiten gegen Schlag, Reibung und thermische Einflüsse ermittelt, als auch die Leistungsparameter wie Detonationsgeschwindigkeit und Luftstoßdruckwirkung gemessen. Die gewonnen Erkenntnisse fließen in die genannte Datenbank ein und sollen beispielsweise Einsatzkräften vor Ort helfen, angemessene Schutzabstände zu ermitteln. Auch das Personal in Laboren der Kriminalämter profitiert von der zusammengetragenen Information über HMEs bei der Analyse von unbekannten Explosivstoffspuren.
Wasserstoffbarrieren aus Glas erfahren zunehmend Bedeutung als Werkstoff in der Energietechnik. Trotz wachsender Anwendungen liegen überwiegend empirisch gewonnene Beziehungen zwischen Glaszusammensetzung und Wasserstoffpermeation vor, die im wesentlichen aus dem Verhalten von Kieselglas abgeleitet werden. In dieser Studie werden daher topologische Parameter der Glasstruktur identifiziert und mit thermodynamischen Parametern korreliert. Auf der Seite der Glastopologie steht das freie Volumen und der Vernetzungsgrad des Netzwerkes während auf der thermodynamischen Seite die Konfigurationsentropie bzw. die Konfigurationswärmekapazität Aufschluss über die Verteilung des freien Volumens geben kann. Dabei wird angenommen, dass für Temperaturen weit unterhalb der Glasübergangstemperatur die chemische Löslichkeit von H2 zu vernachlässigen ist. Um die eingeschränkte Datenlage für die Wasserstoffpermeation kompositionell zu erweitern, wurden zusätzlich Heliumpermeationsmessungen ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass für Silicatgläser ein charkteristisches Verhältnis von freiem Volumen zu Netzwerkaufspaltung herrschen muss, um permeationsstabile Gläser zu erhalten.