Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Beton ist als Massenbaustoff vielseitig einsetzbar. Eine der neuesten Entwicklungen ist Ultrahochleistungsbeton (UHPC). Seine besonderen Eigenschaften ermöglichen eine zusätzliche Funktionalisierung der Oberflächen, da annähernd beliebige Mikrostrukturen exakt abgeformt werden können. So lassen sich beispielsweise Fassadenelemente aus UHPC bereits bei ihrer Herstellung im Betonfertigteilwerk mit selbstreinigenden Oberflächen ausrüsten. Eine andere Möglichkeit ist eine Anwendung als Datenspeicher. Wie das Beispiel der Schallplatte aus UHPC zeigt, lassen sich Muster, die hier die Schallinformationen enthalten, exakt von einer Matrize kopieren.
Invasoren im Kleiderschrank
(2016)
In respect of modern approaches in material sciences and highly increased requirements on materials on safety relevant components, quality management and non-destructive testing reclaims a steadily increased meaning. The destructive meaning of measuring the degree of purity is defined in DIN EN 10247 through metallurgical investigations, especially microsections. For and comparable, but non-destructive testing due ultrasonic testing, the material the SEP 1927 is a well-defined industry standard. A novel and alternative way of reference block construction was focused by this work. The proposed amendments, regarding the manufactoring and machining, are less time and cost consuming. Verified by measurements the presented reference block fits the same acoustical characteristics and the requirements of the guideline.
Volatile organic compounds (VOC) are ubiquitous in the indoor air, since they emit from materials used indoors. Investigations of these materials are mostly carried out in test chambers under controlled climatic conditions. Quality control of these test chamber measurements is important but there is a lack of commercially available homogenous reference materials. The approach of this study is to dope a supporting material with VOCs, which are then reproducibly released in measurable chamber air concentrations between 30 to 300 µg m ³. From several tested supporting materials vacuum grease (APIEZON M) was selected because of its very low own emissions. First tests were conducted with styrene. For the estimation of the initial emission and the emission over time FEM (finite element methods) modelling was used. Based on this, five samples with a surface of 7 cm2 and a thickness of 12 mm with a content of 1 ‰ styrene were investigated at (23 ± 2) °C and (50 ± 5) % relative humidity in the µ-chamber (3 samples) and 24 L test chambers (2 samples) for 28 days. Air samples were taken after 24 hours, 3, 7, 14, 21 and 28 days on Tenax TA® sorption tubes and analyzed by TD-GC-MS. The area specific emission rate (SERa) was calculated to compare the results from both chamber types. After 24 hours SERa was between 0.8 0.9 µg cm 2 h 1 (3800 4000 µg m 3) for the µ-chamber samples and between 0.9 1.1 µg cm 2 h 1 (300-370 µg m 3) for the 24 L test chamber samples. After 28 days the SERa was at 0.2 µg cm 2 h 1 for all samples. The relative standard deviation of the SERa was between 1 26 %. These results show the applicability of vacuum grease as supporting material and the favored starting concentration range could be achieved in the 24 L test chambers.
In situ investigations using PXRD coupled with Raman spectroscopy permit the evaluation of the formation pathways of milling reactions. The liquid-assisted grinding cocrystallisation of theophylline with benzamide leading to polymorphic compounds was investigated. The dipole moment of the solvent used in the synthesis determines the structure of the polymorphic product. A detailed investigation allows determining the kinetically and thermodynamically favored product. In situ observations of the formation pathway during the grinding process of both polymorphs show that the thermodynamically favored cocrystal is formed in a two-step mechanism with the kinetic cocrystal as intermediate. The evaluation of the mechanochemical formation pathways reveals the importance of in situ investigations for an in depth understanding of mechanochemical synthesis mechanisms. Our study demonstrates that the choice of the solvent in the LAG synthesis is decisive for the controlled formation of a desired polymorphic final product.
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.
X-ray powder diffraction (XRD) patterns of the high-temperature (HT) cristobalite form of SiO2 and its isoelectronic AlPO4 analogue are essentially influenced by the dynamic disorder of these crystal structures. The nature of this disorder and of the phase transition between the α- and β-form has been the subject of intensive research during the last four decades [1]. By 1989 it became possible to stabilize the HT-form of cristobalite SiO2 at room temperature in laboratory and engineering ceramic industries by applying solid solution forming techniques [2]. However, for the HT-form of cristobalite AlPO4 nothing similar has been known until 2014 when it was discovered that nanocrystalline and stacking-disordered β-cristobalite AlPO4 is the major component of the fly ash of a large incineration facility operated by the waste water treatment authorities of Frankfurt/M. [3]. Previous comprehensive investigations of this fly ash failed to interpret its complex XRD pattern – presumably mainly due to the lack of a matching experimental digital pattern in the Powder Diffraction Database. The present paper reports on a synthesis route that facilitates the crystallization of nanocrystalline and stacking-disordered β-cristobalite AlPO4 that is free of crystalline impurity phases and long-term stable at ambient. Its room temperature XRD pattern is presented with parameters traced back to certified reference materials.
[1] Yuan F. and Huang L., Phys. Rev, B, 2012, 85, 134114. [2] Perrotta J.A., Grubbs D.K., Martin E.S., Dando N.R., McKinstry H.A. and Huang C.-Y., J. Am. Ceram. Soc., 1989, 72, 441. [3] Peplinski B., Adam C., Adamczyk B., Müller R., Michaelis M., Krahl Th. and Emmerling F., Powder Diffraction Journal, 2015, 30, 2, Supp. 1, S31.
Characterization of silver nanoparticles in cell culture medium containing fetal bovine serum
(2016)
Nanoparticles are being increasingly used in consumer products worldwide, and their toxicological effects are currently being intensely debated. In vitro tests play a significant role in nanoparticle risk assessment, but reliable particle characterization in the cell culture medium with added fetal bovine serum (CCM) used in these tests is not available. As a step toward filling this gap, we report on silver ion release by silver nanoparticles, and changes in the particle radii and in their protein corona when incubated in CCM. Particles of a certified reference material (CRM), p1, and particles of a commercial silver nanoparticle material, p2, were investigated. The colloidal stability of p1 is provided by the surfactants polyethylene glycole-25 glyceryl trioleate and polyethylene glycole-20 sorbitan monolaurate, whereas p2 is stabilized by polyvinylpyrrolidone (PVP). Dialysis of p1 and p2 reveal that their silver ion release rates in CCM are much larger than in water. Particle characterization was performed with asymmetrical flow field-flow fractionation (FFF), small-angle X-ray scattering (SAXS), dynamic light scattering (DLS) and electron microscopy. p1 and p2 have similar hydrodynamic radii of 15 nm and 16 nm, respectively. The silver core radii are 9.2 and 10.2 nm. Gel electrophoresis and subsequent peptide identification reveal that albumin is the main corona component of p1 and p2 after incubation in CCM, which consists of Dulbeccos Modified Eagle Medium with 10% fetal bovine serum added.
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.
Die Entwicklung von Wasserstoffbarrieren aus Glas erfordert die genaue Messung geringster H2-Permeabililtäten. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die VHE-Pulvermethode diesbezüglich eine besonders hohe Empfindlichkeit bietet. Hierbei wird die isotherme Gasabgabe aus sphärischen Partikeln im Rahmen klassischer Diffusionsmodelle gefittet und daraus der Diffusionskoeffizient bestimmt. Für die Untersuchung von Gläsern mit möglichst geringer H2-Permeabilität ist jedoch eine Validierung der Genauigkeit der Methode notwendig. Vor diesem Hintergrund erfolgte die numerische Modellierung der H2-Abgabe mit Hilfe des Programms COMSOL Multiphysics®. Im Poster wird der Einfluss der Korngrößenverteilung der Glaspulverpartikel, der Partikelform sowie der Effekt einer nichthomogenen H2-Startverteilung auf die mittels Pulvermethode ermittelten Diffusionskoeffizienten diskutiert.
- einer der größten zusammenhängenden Gebäudekomplexe in Europa
- Anfang der dreißiger Jahre von Prof. Sagebiel geplant, 1936 Baubeginn, heute zu 70%fertiggestellt
- steht heute wegen großer verkehrs- und baugeschichtlicher Bedeutung unter Denkmalschutz
- in Abfertigungshalle befindliche Fachwerkträger mit selbsttätiger Vorspannung zeigen Anfang des Spannbetonbaus
- ab 1997 Überarbeitung des Nutzungskonzeptes der Räume über den Fachwerkträgern durch Berliner Flughafengesellschaft
- Erfordernis der Abschätzung der Tragfähigkeit der Fachwerkträger
Advanced methods for 3D green density characterization like computed tomography and 3D FE sinter modeling can be utilized for increasing the reliability of sintered components. The experimental in situ observation of sin-tering, however, is currently restricted to silhouette methods, i.e. heating microscopy. For complex shaped sam-ples, in situ shape screening during shrinkage would allow better validation of 3D sinter simulation models. Further, by revealing temporary sinter warpage, 3D high-temperature shape screening would allow to locate potential defects of complex sintered components. Against this background, BAM developed a testing device for in situ 3D high-temperature shape screening for ceramic and glass-ceramic tapes up to 1000°C [1-3]. Current work is focused on dropping this restriction in sample shape and temperature. The poster illustrates the current state of this work and possible applications of the method e.g. in detecting sinter warpage of metallized glass-ceramic LTCC tapes.
Um den Abbau primärer Rohstoffe zu reduzieren, wurden deponierte oder niederwertig eingesetzte industrielle Reststoffe hinsichtlich einer höherwertigen Verwendung im Betonbau untersucht. Zur Bewertung des Einsatzpotentials als Zementbestandteil oder Betonzusatzstoff erfolgte zunächst eine chemisch-mineralogische und betontechnologische Charakterisierung der Materialien. Reststoffe, die die normativen Anforderungen hinsichtlich der Zementzusammensetzung erfüllen, wurden anschließend zu verschiedenen Anteilen als Zementsubstitut in Mörtel eingesetzt. In vergleichenden Untersuchungen erfolgte die Ermittlung der Frisch- und Festmörteleigenschaften.
Kalorimetrische Untersuchungen sollten die Auswirkungen der Reststoffe auf die Zementhydratation zeigen. Ausgewählte Untersuchungsergebnisse an Reststoffen aus der Industrieabwasseraufbereitung, dem Altpapierrecycling, der Biomasseverbrennung und der Metallurgie werden vorgestellt.
Kiefernholz wird durch Imprägnieren mit einem Vorkondensat aus organischen Disäuren und Glycerin, das kolloidale Kieselsäure enthält, sowie nachfolgende Ofenhärtung in Kieselsäure/Alkydharz/Holz-Verbunde umgewandelt. Diese Nanoverbunde haben eine geringere Porosität als Holz, da Teile der Holzzellen mit Harz und Kieselsäure ausgefüllt sind. Die kugelförmigen, etwa 60 nm großen (SiO1)x-Teilchen liegen in der Polymermatrix mikrophasensepariert vor. Der kolloidale Zustand der eingebrachten Polykieselsäure bleibt erhalten. Durch ihr günstiges Eigenschaftsprofil sind die Verbundmaterialien als modifizierter Holzbaustoff interessant.
Hausmüllverbrennungsasche soll aufgrund ihrer chemisch-mineralogischen Eigenschaften als Gesteinskörnung zur Herstellung von Normalbetonen eingesetzt werden. Durch Bestandteile, wie Chloride, metallisches Aluminium und Altglasfragmente, entstehen aber in kürzester Zeit beträchtliche Betonschäden. Durch zusätzliche mechanische, chemische oder thermische Aufbereitungsschritte können diese betonschädigenden Inhaltsstoffe minimiert werden. Dadurch lässt sich die Qualität der Asche soweit verbessern, dass sie gut zur Betonherstellung verwendbar ist.
In the course of miniaturizing modern technology down to the molecular scale, much remain unknown about the materials behavior and the deviations from the bulk that might arises from confinement effects. Here, a combination of nano-sized relaxation spectroscopies (Broadband dielectric spectroscopy (BDS) and Specific heat spectroscopy (SHS); employing AC nanochip calorimetry) were utilized to investigate the glassy dynamics of ultra-thin films of Poly (vinyl methyl ether) (PVME) and of blends PVME / Polystyrene (PS) 50:50 wt-%,, which are miscible in bulk (thicknesses: ca. 8 nm – 160 nm, film thickness was controlled by ellipsometry, film topography by AFM). Both methods are sensitive to different probes; where SHS senses entropy fluctuations while BDS measures dipole fluctuations. For BDS measurements, a recently developed nano-structured electrode sample arrangement is employed, where ultra-thin films are spin-coated on an ultra-flat highly conductive silicon wafer, sandwiched between a wafer with nanostructured SiO2 nano-spacers with heights between 35 nm and 70 nm. For PVME films, two thickness independent processes were observed and interpreted to be the α-processes of a bulk-like layer and a process due to an absorbed layer to the substrate. This adsorbed layer further undergoes a confinement effect that results in the localization of the segmental dynamics, which results in an Arrhenius-like temperature dependence. A detailed analysis of the dielectric strengths of both processes reveals that the thickness of the adsorbed layer decreases with increasing temperature, while that of the bulk-like layer increases. For the blend system, by measuring the dynamic Tg in dependence of the film thickness, SHS showed that the Tg of the whole film was strongly influenced by a nanometer-thick surface layer at the polymer/air interface due to a self-assembling process. The dynamic Tg obtained from the SHS measurements decreased with decreasing film thickness. On the other hand, BDS measurements showed a completely different behavior. At high temperatures, the temperature dependence of the relaxation times of the films follows that of bulk-like PS/PVME; obeying the VFT-law. With decreasing temperature, the temperature dependence deviates from the VFT to an Arrhenius law; where the apparent activation energy decreases with decreasing film thickness. This is the first example where confinement induced changes were observed by BDS for ultra-thin films. All results were analyzed in detail in a comprehensive discussion.
Successful implementation of an optical polarimetry measurement setup. Due to wall anchoring interactions HAT6 embedded in an untreated alumina membrane exhibits a radial orientation for pore sizes in between 30 nm and 80 nm. Embedded in large membranes, pore size of 180 nm, HAT6 forms the favored hexagonal columnar phase along the pore axis.
In the last years, secondary low-energy electrons (LEE) emerged as important, if not predominant, reductive pathway in ionizing damage of biomolecules. These electrons are created in copious amount as result of inelastic scattering of high energy radiation at water. Until now, all experiments the quantification of the effects of LEEs on the biomolecular damage was either performed in vacuum with LEE sources or with DNA on surfaces in humid atmosphere.
We present a new experimental setup to irradiate biomolecules with electrons under physiological conditions. In combination with monte carlo simulations this setup makes it possible to determine microdosimetric quantities for biomolecules in liquid environment under electron irradiation.
This opens up new possibilities in radiation research to access the LEE damage under well defined physiological condition, for more complex systems, such as DNA-Protein complexes and even living cells.