TY - CHAP A1 - Deutschmann, Björn A1 - Giese, Malte A1 - Jacob, Arne F. A1 - Lofti, Nima A1 - Gerfers, Friedel A1 - Vehring, Sönke A1 - Böck, Georg T1 - PolyData/DataRace : polymer-integrated CMOS-based high-speed communication systems at W-band T1 - PolyData/DataRace : ein Polymer-integriertes CMOS-basiertes Hochgeschwindigkeits-Kommunikations-System im W-Band T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - PolyData KW - DataRace KW - W-band KW - W-Band KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5917 SP - 397 EP - 444 ER - TY - JOUR A1 - Han, Weijia A1 - Reiter, Sebastian A1 - Schlipf, Jon A1 - Mai, Christian A1 - Spirito, Davide A1 - Jose, Josmy A1 - Wenger, Christian A1 - Fischer, Inga A. T1 - Strongly enhanced sensitivities of CMOS compatible plasmonic titanium nitride nanohole arrays for refractive index sensing under oblique incidence T1 - Stark verbesserte Empfindlichkeit von CMOS-kompatiblen plasmonischen Titannitrid-Nanoloch-Arrays für die Brechungsindex-Messungen unter nicht-senkrechtem Lichteinfall JF - Optics Express N2 - Titanium nitride (TiN) is a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) compatible material with large potential for the fabrication of plasmonic structures suited for device integration. However, the comparatively large optical losses can be detrimental for application. This work reports a CMOS compatible TiN nanohole array (NHA) on top of a multilayer stack for potential use in integrated refractive index sensing with high sensitivities at wavelengths between 800 and 1500 nm. The stack, consisting of the TiN NHA on a silicon dioxide (SiO2) layer with Si as substrate (TiN NHA/SiO2/Si), is prepared using an industrial CMOS compatible process. The TiN NHA/SiO2/Si shows Fano resonances in reflectance spectra under oblique excitation, which are well reproduced by simulation using both finite difference time domain (FDTD) and rigorous coupled-wave analysis (RCWA) methods. The sensitivities derived from spectroscopic characterizations increase with the increasing incident angle and match well with the simulated sensitivities. Our systematic simulation-based investigation of the sensitivity of the TiN NHA/SiO2/Si stack under varied conditions reveals that very large sensitivities up to 2305 nm per refractive index unit (nm RIU−1) are predicted when the refractive index of superstrate is similar to that of the SiO2 layer. We analyze in detail how the interplay between plasmonic and photonic resonances such as surface plasmon polaritons (SPPs), localized surface plasmon resonances (LSPRs), Rayleigh Anomalies (RAs), and photonic microcavity modes (Fabry-Pérot resonances) contributes to this result. This work not only reveals the tunability of TiN nanostructures for plasmonic applications but also paves the way to explore efficient devices for sensing in broad conditions. N2 - Titannitrid (TiN) ist ein CMOS-kompatibles Material mit großem Potenzial für die Herstellung plasmonischer Strukturen, die sich für die Bauelementintegration eignen. Die vergleichsweise großen optischen Verluste können sich jedoch nachteilig auf die Anwendung auswirken. In dieser Arbeit wird ein CMOS-kompatibles TiN-Nanoloch-Array (NHA) auf einem Mehrschichtstapel vorgestellt, das für die integrierte Brechungsindexmessung mit hoher Empfindlichkeit bei Wellenlängen zwischen 800 und 1500 nm eingesetzt werden kann. Der Stapel, bestehend aus dem TiN NHA auf einer Siliziumdioxid (SiO2)-Schicht mit Si als Substrat (TiN NHA/SiO2/Si), wurde in einem industriellen CMOS-kompatiblen Prozess hergestellt. Das TiN NHA/SiO2/Si zeigt Fano-Resonanzen in den Reflexionsspektren bei schrägem Einfallswinkel, die durch Simulationen sowohl mit Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethoden (FDTD) als auch Rigorous Coupled Wave Analysis (RCWA) gut reproduziert werden. Die aus den spektroskopischen Charakterisierungen abgeleiteten Empfindlichkeiten nehmen mit zunehmendem Einfallswinkel zu und stimmen gut mit den simulierten Empfindlichkeiten überein. Unsere systematische simulationsbasierte Untersuchung der Empfindlichkeit des TiN NHA/SiO2/Si-Stapels unter verschiedenen Bedingungen zeigt, dass sehr große Empfindlichkeiten bis zu 2305 nm RIU-1 vorhergesagt werden, wenn der Brechungsindex des Dielektrikums oberhalb des NHAs ähnlich dem der SiO2-Schicht ist. Wir analysieren im Detail, wie das Zusammenspiel zwischen plasmonischen und photonischen Resonanzen wie Oberflächenplasmonpolaritonen (SPPs), lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanzen (LSPRs), Rayleigh-Anomalien (RAs) und photonischen Mikrokavitätsmoden (Fabry-Pérot-Resonanzen) zu diesem Ergebnis beiträgt. Diese Arbeit zeigt nicht nur die Abstimmbarkeit von TiN-Nanostrukturen für plasmonische Anwendungen, sondern ebnet auch den Weg für die Erforschung effizienter Geräte für die Erkennung unter verschiedensten Bedingungen. KW - TiN KW - Plasmonics KW - Plasmonik KW - Plasmonik KW - Photonik KW - Titannitrid KW - Plasmonics KW - Photonics Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1364/OE.481993 SN - 1094-4087 VL - 31 IS - 11 SP - 17389 EP - 17407 PB - Optica Publishing Group CY - Washington, DC ER - TY - JOUR A1 - Tomás Marín, Sergio de A1 - Galán Díaz, Javier A1 - Rodríguez-Calcerrade, Jésus A1 - Prieto, Iván A1 - Riva, Enrique G. de la T1 - Linking functional composition moments of the sub-mediterranean ecotone with environmental drivers T1 - Verknüpfung von Momenten funktionaler Zusammensetzung des submediterranen Ökotons mit Umweltfaktoren JF - Frontiers in Plant Science N2 - Functional trait-based approaches are extensively applied to the study of mechanisms governing community assembly along environmental gradients. These approaches have been classically based on studying differences in mean values among species, but there is increasing recognition that alternative metrics of trait distributions should be considered to decipher the mechanisms determining community assembly and species coexistence. Under this framework, the main aim of this study is to unravel the effects of environmental conditions as drivers of plant community assembly in sub-Mediterranean ecotones. We set 60 plots in six plant communities of a sub-Mediterranean forest in Central Spain, and measured key above- and belowground functional traits in 411 individuals belonging to 19 species, along with abiotic variables. We calculated community-weighted mean (CWM), skewness (CWS) and kurtosis (CWK) of three plant dimensions, and used maximum likelihood techniques to analyze how variation in these functional community traits was driven by abiotic factors. Additionally, we estimated the relative contribution of intraspecific trait variability and species turnover to variation in CWM. The first three axes of variation of the principal component analyses were related to three main plant ecological dimensions: Leaf Economics Spectrum, Root Economics Spectrum and plant hydraulic architecture, respectively. Type of community was the most important factor determining differences in the functional structure among communities, as compared to the role of abiotic variables. We found strong differences among communities in their CWMs in line with their biogeographic origin (Eurosiberian vs Mediterranean), while differences in CWS and CWK indicate different trends in the functional structure among communities and the coexistence of different functional strategies, respectively. Moreover, changes in functional composition were primarily due to intraspecific variability. We observed a high number of strategies in the forest with the different communities spreading along the acquisitive-conservative axis of resource-use, partly matching their Eurosiberian-Mediterranean nature, respectively. Intraspecific trait variability, rather than species turnover, stood as the most relevant factor when analyzing functional changes and assembly patterns among communities. Altogether, our data support the notion that ecotones are ecosystems where relatively minor environmental shifts may result in changes in plant and functional composition. N2 - Auf funktionalen Merkmalen basierende Ansätze werden häufig zur Untersuchung von Mechanismen eingesetzt, die den Aufbau von Gemeinschaften entlang von Umweltgradienten steuern. Diese Ansätze basieren klassischerweise auf der Untersuchung von Unterschieden in den Mittelwerten zwischen den Arten, aber es wird zunehmend anerkannt, dass alternative Metriken der Merkmalsverteilungen berücksichtigt werden sollten, um die Mechanismen zu entschlüsseln, die die Zusammensetzung von Gemeinschaften und die Koexistenz von Arten bestimmen. Vor diesem Hintergrund besteht das Hauptziel dieser Studie darin, die Auswirkungen der Umweltbedingungen als treibende Kraft für die Bildung von Pflanzengemeinschaften in submediterranen Ökotonen zu entschlüsseln. Wir legten 60 Parzellen in sechs Pflanzengemeinschaften eines submediterranen Waldes in Zentralspanien an und maßen die wichtigsten ober- und unterirdischen Funktionsmerkmale von 411 Individuen, die zu 19 Arten gehören, sowie abiotische Variablen. Wir berechneten den gemeinschaftsgewichteten Mittelwert (CWM), die Schiefe (CWS) und die Kurtosis (CWK) von drei Pflanzendimensionen und analysierten mit Hilfe von Maximum-Likelihood-Techniken, wie die Variation dieser funktionalen Gemeinschaftsmerkmale durch abiotische Faktoren beeinflusst wurde. Außerdem schätzten wir den relativen Beitrag der intraspezifischen Merkmalsvariabilität und des Artenwechsels zur Variation der CWM. Die ersten drei Variationsachsen der Hauptkomponentenanalysen standen in Zusammenhang mit drei wichtigen pflanzenökologischen Dimensionen: Das ökonomische Blattspektrum, das ökonomische Wurzelspektrum bzw. die hydraulische Architektur der Pflanzen. Die Art der Gemeinschaft war der wichtigste Faktor, der die Unterschiede in der funktionalen Struktur zwischen den Gemeinschaften bestimmte, verglichen mit der Rolle der abiotischen Variablen. Wir fanden starke Unterschiede zwischen den Gemeinschaften in ihren CWMs entsprechend ihrer biogeografischen Herkunft (eurosibirisch vs. mediterran), während Unterschiede in CWS und CWK unterschiedliche Trends in der funktionalen Struktur zwischen den Gemeinschaften bzw. die Koexistenz verschiedener funktionaler Strategien anzeigen. Darüber hinaus waren die Veränderungen in der funktionellen Zusammensetzung in erster Linie auf die intraspezifische Variabilität zurückzuführen. Wir beobachteten eine große Anzahl von Strategien im Wald, wobei sich die verschiedenen Gemeinschaften entlang der Achse der Ressourcennutzung (akquisitorisch-konservativ) ausbreiteten, was teilweise ihrer eurosibirischen bzw. mediterranen Natur entspricht. Bei der Analyse der funktionellen Veränderungen und der Zusammensetzungsmuster zwischen den Gemeinschaften war die Variabilität der intraspezifischen Merkmale und nicht der Artenumsatz der wichtigste Faktor. Insgesamt unterstützen unsere Daten die Vorstellung, dass Ökotone Ökosysteme sind, in denen relativ geringe Umweltveränderungen zu Veränderungen in der Pflanzen- und Funktionszusammensetzung führen können. KW - Mixed-species forest KW - Sub-mediterranean KW - Ecotone KW - Functional structure KW - Intraspecific variability KW - Ökoton KW - Funktionelle Struktur KW - Intraspezifische Variabilität KW - Artengemischter Wald KW - Submediterran KW - Spanien KW - Meseta KW - Ökoton KW - Wald KW - Pflanzengesellschaft KW - Umweltveränderung KW - Maximum-Likelihood-Technik Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1303022 SN - 1664-462X VL - 14 PB - Frontiers CY - Lausanne ER - TY - JOUR A1 - Böllmann, Jörg A1 - Martienssen, Marion T1 - Seasonal variability of cultivable nitrate-reducing and denitrifying bacteria and functional gene copy number in fresh water lake T1 - Saisonale Variabilität der kultivierbaren nitratreduzierenden und denitrifizierenden Bakterien und der Anzahl der funktionellen Genkopien in einem Süßwassersee JF - microorganisms N2 - This study describes the seasonal course of denitrifying and nitrate-reducing bacteria in a dimictic mesotrophic lake (Lake Scharmützelsee, Brandenburg, Germany) within a three-year period from 2011 to 2013. The bacterial cell numbers were quantified by the fluorescence microscopy, most probable number (MPN) and PCR-dependent quantification of the chromosomal 16S rDNA and of the nirS and nirK gene copy number. The highest seasonal differences (up to three orders of magnitudes) have been measured usingMPNin the epilimnion. This variation was not reflected by PCR-dependent approaches or direct microscopical enumeration. At adverse conditions (low temperature and/or low nitrate concentrations), the differences between MPN and gene copy numbers increased by up to five orders of magnitudes and decreased to one magnitude at favourable environmental conditions. These results can be explained best by an increasing ratio of viable but not cultivable (VBNC) cells or dead cells at impairing conditions. In the hypolimnion, the courses of MPN and nir gene copy numbers were similar. This can be explained by a higher feeding pressure and therefore smaller amounts of dormant cells. In the pelagial in general, the total cell numbers enumerated by either microscopical or molecular approaches were similar. In the sediment, more than 99% of the DNA was obviously not related to viable bacteria but was rather DNA in dead cells or adsorbed to particle surfaces. N2 - Diese Studie beschreibt den jahreszeitlichen Verlauf von denitrifizierenden und nitratreduzierenden Bakterien in einem dimiktischen mesotrophen See (Scharmützelsee, Brandenburg, Deutschland) innerhalb eines dreijährigen Zeitraums von 2011 bis 2013. Die Bakterienzellzahlen wurden mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie, der höchstwahrscheinlichen Anzahl (MPN) und der PCR-abhängigen Quantifizierung der chromosomalen 16S rDNA und der nirS- und nirK-Gen-Kopienzahl bestimmt. Die größten saisonalen Unterschiede (bis zu drei Größenordnungen) wurden mit der MPN im Epilimnion gemessen. Diese Unterschiede wurden nicht durch PCR-abhängige Ansätze oder direkte mikroskopische Auszählung nicht wider. Unter ungünstigen Bedingungen (niedrige Temperatur und/oder niedrige Nitratkonzentration) stiegen die Unterschiede zwischen der MPN und der Genkopienzahl um bis zu fünf Größenordnungen, während sie unter günstigen Umweltbedingungen auf eine Größenordnung abnahmen. Diese Ergebnisse lassen sich am besten durch einen zunehmenden Anteil lebensfähiger, aber nicht kultivierbarer Zellen (VBNC) oder toter Zellen bei ungünstigen Bedingungen erklären. Im Hypolimnion waren die Verläufe der MPN- und nir-Genkopienzahlen ähnlich. Dies lässt sich durch einen höheren Fütterungsdruck und daher geringere Mengen an ruhenden Zellen erklären. Im Pelagial waren die Gesamtzahl der Zellen, die entweder durch mikroskopische oder molekulare Methoden ermittelt wurden, im Allgemeinen ähnlich. Im Sediment gehörten mehr als 99 % der DNA offensichtlich nicht zu den lebensfähigen Bakterien, sondern waren vielmehr DNA in toten Zellen oder an Partikeloberflächen adsorbiert. KW - Denitrification KW - Nitrite reductase KW - Microscopical cell number KW - Hypolimnion KW - Dimictic lake KW - Denitrifikation KW - Nitrit-Reduktase KW - Mikroskopische Zellzahl KW - Dimiktischer See Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/microorganisms12030511 SN - 2076-2607 VL - 12 IS - 3 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Frimpong, Bernard Fosu A1 - Koranteng, Addo A1 - Opoku, Fosu Senior T1 - Analysis of urban expansion and its impact on temperature utilising remote sensing and GIS techniques in the Accra metropolis in Ghana (1986–2022) T1 - Analyse der Stadterweiterung und ihrer Auswirkungen auf die Temperatur mit Hilfe von Fernerkundung und GIS-Techniken in der Metropole Accra in Ghana (1986-2022) N2 - The Accra Metropolis of Ghana has experienced rapid urban expansion over the past decades. Agricultural and forest-lands have been transformed into urban/built-up areas. This study analysed urban expansion and its relationship with the temperature of Accra from 1986 to 2022. Multi-source datasets such as remote sensing (RS) and other ancillary data were utilised. Land use land cover (LULC) maps were produced employing the random forests classifier. Land surface temperature (LST) and selected d(RS) Indices were extracted. Regression techniques assessed the interplay between LST and remote sensing indices. The LULC maps revealed increasing trends in the urban/built-up areas at the expense of the other LULC types. The analysis from the LST and the RS indices revealed a direct relationship between temperature and urban/built-up areas and an inverse relationship between temperature and vegetation. Thus, spatial urban expansion has modified the urban temperature of Accra. The integrated utilisation of RS and GIS demonstrated to be an efficient approach for analysing and monitoring urban expansion and its relationship with temperature. N2 - Die Metropole Accra in Ghana hat in den letzten Jahrzehnten eine rasante Ausdehnung des Stadtgebietes erlebt. Landwirtschaftliche Flächen und Waldgebiete wurden in städtische/bebaute Gebiete umgewandelt. Diese Studie untersuchte die städtische Expansion und ihre Beziehung zur Temperatur in Accra von 1986 bis 2022. Es wurden Daten aus mehreren Quellen wie Fernerkundung (Remote Sensing, RS) und andere Zusatzdaten verwendet. Landnutzungs- und Landbedeckungskarten (Land Use Land Cover, LULC) wurden mit Hilfe des Random-Forest-Klassifikators erstellt. Landoberflächentemperatur (Land Surface Temperature, LST) und ausgewählte d(RS)-Indizes wurden extrahiert. Mit Regressionstechniken wurde das Zusammenspiel zwischen LST und Fernerkundungsindizes untersucht. Die LULC-Karten zeigten zunehmende Trends in den städtischen/bebauten Gebieten auf Kosten der anderen LULC-Typen. Die Analyse der LST- und RS-Indizes ergab eine direkte Beziehung zwischen Temperatur und städtischen/bebauten Gebieten und eine umgekehrte Beziehung zwischen Temperatur und Vegetation. Somit hat die räumliche Ausdehnung der Städte die städtische Temperatur in Accra verändert. Die integrierte Nutzung von RS und GIS erwies sich als effizienter Ansatz für die Analyse und Überwachung der städtischen Expansion und ihrer Beziehung zur Temperatur. KW - Urban expansion KW - Change detection KW - Land use land cover KW - Regression KW - Remote sensing KW - Städtische Expansion KW - Erkennung von Veränderungen KW - Landnutzung Landbedeckung KW - Temperatur KW - Fernerkundung KW - Accra KW - Stadt KW - Expansion KW - Landnutzung KW - Temperatur KW - Fernerkundung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1007/s42452-023-05439-z ER - TY - JOUR A1 - Khan, Muhammad Moman A1 - Sidorczuk, Katarzyna A1 - Becker, Juliane A1 - Aleksandrowicz, Adrianna A1 - Baraniewicz, Karolina A1 - Ludwig, Christina A1 - Ali, Aamir A1 - Kingsley, Robert A. A1 - Schierack, Peter A1 - Kolenda, Rafał T1 - Characterization of clumpy adhesion of Escherichia coli to human cells and associated factors influencing antibiotic sensitivity JF - Microbiology Spectrum N2 - Escherichia coli intestinal infection pathotypes are characterized by distinct adhesion patterns, including the recently described clumpy adhesion phenotype. Here, we identify and characterize the genetic factors contributing to the clumpy adhesion of E. coli strain 4972. In this strain, the transcriptome and proteome of adhered bacteria were found to be distinct from planktonic bacteria in the supernatant. A total of 622 genes in the transcriptome were differentially expressed in bacteria present in clumps relative to the planktonic bacteria. Seven genes targeted for disruption had variable distribution in different pathotypes and non-pathogenic E. coli, with the pilV and spnT genes being the least frequent or absent from most groups. Deletion (Δ) of five differentially expressed genes, flgH, ffp, pilV, spnT, and yggT, affected motility, adhesion, or antibiotic stress. ΔflgH exhibited 80% decrease and ΔyggT depicted 184% increase in adhesion, and upon complementation, adhesion was significantly reduced to 13%. ΔflgH lost motility and was regenerated when complemented, whereas Δffp had significantly increased motility, and reintroduction of the same gene reduced it to the wild-type level. The clumps produced by Δffp and ΔspnT were more resistant and protected the bacteria, with ΔspnT showing the best clump formation in terms of ampicillin stress protection. ΔyggT had the lowest tolerance to gentamicin, where the antibiotic stress completely eliminated the bacteria. Overall, we were able to investigate the influence of clump formation on cell surface adhesion and antimicrobial tolerance, with the contribution of several factors crucial to clump formation on susceptibility to the selected antibiotics. KW - Escherichia coli KW - Clumpy adhesion KW - Motility KW - Antibiotic tolerance KW - Stress KW - Escherichia coli KW - Zelladhäsion KW - Phänotyp KW - Genanalyse Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1128/spectrum.02606-23 SN - 2165-0497 VL - 12 IS - 5 PB - American Society for Microbiology (ASM) CY - Washington, DC ER - TY - JOUR A1 - Langner, Thomas A1 - Sieber, Tim A1 - Rietig, Anja A1 - Acker, Jörg T1 - A phenomenological and quantitative view on the degradation of positive electrodes from spent lithium-ion batteries in humid atmosphere T1 - Ein phänomenologischer und quantitativer Blick auf die Degradation von positiven Elektroden aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien in feuchter Atmosphäre N2 - The present study deals with the phenomenological observation of the corrosion of the positive electrode foil of lithium-ion batteries containing LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NMC) as cathode material. Due to the presence of moisture, localized water accumulation is formed on the NMC surface. The water absorbed by the electrolyte reacts with the NMC under Li+/H+ exchange and the resulting pH increase leads to dissolution of the carrier foil and characteristic salt-like blooms on the NMC surface. With the increase in the relative area occupied by the holes in the aluminum foil per time, a sufficiently suitable parameter was found with which to quantitatively determine the extent of corrosion. The degree of degradation depends on time and ambient humidity. It was shown that functional recycling with the water jet method is no longer applicable for degraded foils, since the mechanical stability of the foils decreases as corrosion progresses. Lithium, aluminum, sulfur and oxygen were detected in the blooms using SEM–EDX and Laser-Induced-Breakdown-Spectroscopy (LIBS). The underlying NMC layer was found to contain mainly aluminum and significantly lower lithium content than the non-degraded material. SEM and Raman microscopy analyses also showed that the active material is also locally degraded and therefore no longer suitable for functional recycling. N2 - Die vorliegende Studie befasst sich mit der phänomenologischen Beobachtung der Korrosion der positiven Elektrodenfolie von Lithium-Ionen-Batterien mit LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NMC) als Kathodenmaterial. Durch das Vorhandensein von Feuchtigkeit kommt es zu einer lokalen Wasseransammlung auf der NMC-Oberfläche. Das vom Elektrolyten absorbierte Wasser reagiert mit dem NMC unter Li+/H+-Austausch und der daraus resultierende pH-Anstieg führt zur Auflösung der Trägerfolie und zu charakteristischen salzartigen Ausblühungen auf der NMC-Oberfläche. Mit der Zunahme der relativen Fläche, die von den Löchern in der Aluminiumfolie pro Zeit eingenommen wird, wurde ein hinreichend geeigneter Parameter gefunden, mit dem sich das Ausmaß der Korrosion quantitativ bestimmen lässt. Der Grad der Degradation hängt von der Zeit und der Umgebungsfeuchtigkeit ab. Es konnte gezeigt werden, dass das Funktionsrecycling mit dem Wasserstrahlverfahren bei degradierten Folien nicht mehr anwendbar ist, da die mechanische Stabilität der Folien mit fortschreitender Korrosion abnimmt. Lithium, Aluminium, Schwefel und Sauerstoff wurden in den Ausblühungen mittels SEM-EDX und Laser-Induced-Breakdown-Spectroscopy (LIBS) nachgewiesen. Es wurde festgestellt, dass die darunter liegende NMC-Schicht hauptsächlich Aluminium und einen deutlich geringeren Lithiumgehalt als das nicht abgebaute Material enthält. REM- und Raman-Mikroskopie-Analysen zeigten außerdem, dass das aktive Material ebenfalls lokal degradiert ist und sich daher nicht mehr für ein funktionelles Recycling eignet. KW - Analytical chemistry Surface chemistry KW - Inorganic chemistry KW - Materials chemistry KW - Process chemistry KW - Materials science KW - Analytische Chemie KW - Anorganische Chemie KW - Werkstoffchemie KW - Werkstoffkunde KW - Chemische Technik KW - Analytische Chemie KW - Lithiumbatterie KW - Elektrodenfolie KW - Korrosion KW - Recycling Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-023-32688-0 ER - TY - JOUR A1 - Schneidereit, Toni A1 - Breuß, Michael T1 - Adaptive neural-domain refinement for solving time-dependent differential equations T1 - Adaptive neuronale Verfeinerung zur Lösung von zeitabhängigen Differentialgleichungen N2 - A classic approach for solving differential equations with neural networks builds upon neural forms, which employ the differential equation with a discretisation of the solution domain. Making use of neural forms for time-dependent differential equations, one can apply the recently developed method of domain segmentation. That is, the domain may be split into several subdomains, on which the optimisation problem is solved. In classic adaptive numerical methods, the mesh as well as the domain may be refined or decomposed, in order to improve the accuracy. Also, the degree of approximation accuracy may be adapted. Therefore, it is desirable to transfer such important and successful strategies to the field of neural-network-based solutions. In the presented work, we propose a novel adaptive neural approach to meet this aim for solving time-dependent problems. To this end, each subdomain is reduced in size until the optimisation is resolved up to a predefined training accuracy. In addition, while the neural networks employed are by default small, we propose a means to adjust also the number of neurons in an adaptive way. We introduce conditions to automatically confirm the solution reliability and optimise computational parameters whenever it is necessary. Results are provided for several initial-value problems that illustrate important computational properties of the method. N2 - Ein klassischer Ansatz zur Lösung von Differentialgleichungen mit neuronalen Netzen beruht auf neuronalen Formen, welche die Differentialgleichung mit einer Diskretisierung des Lösungsbereichs verwenden. Der Ansatz der neuronalen Formen für zeitabhängige Differentialgleichungen kann durch die kürzlich entwickelte Methode der Domänensegmentierung erweitert werden. Das Gebiet wird dadurch in mehrere Teilgebiete aufgeteilt, auf denen das Optimierungsproblem gelöst wird. Bei klassischen adaptiven numerischen Verfahren können sowohl das Netz als auch das Gebiet verfeinert oder zerlegt werden, um die Genauigkeit zu verbessern. Auch der Grad der Approximation kann angepasst werden. Daher ist es wünschenswert, solche Strategien auf den Bereich der auf neuronalen Netzen basierenden Lösungen zu übertragen. In der vorliegenden Arbeit schlagen wir einen neuartigen adaptiven neuronalen Ansatz vor, um dieses Ziel für die Lösung zeitabhängiger Probleme zu erreichen. Zu diesem Zweck wird jedes Teilgebiet so lange verkleinert, bis die Optimierung bis zu einer vordefinierten Trainingsgenauigkeit gelöst ist. Während die verwendeten neuronalen Netze standardmäßig klein sind, schlagen wir darüber hinaus eine Möglichkeit vor, auch die Anzahl der Neuronen auf adaptive Weise anzupassen. Wir führen Bedingungen ein, um die Zuverlässigkeit der Lösung automatisch zu bestätigen und die Berechnungsparameter zu optimieren, wenn dies erforderlich ist. Es werden Ergebnisse für mehrere Anfangswertprobleme vorgelegt, die wichtige rechnerische Eigenschaften der Methode veranschaulichen. KW - Neural forms KW - Differential equations KW - Physics-informed neural networks KW - Adaptive neural refinement KW - Domain decomposition KW - Neuronale Formen KW - Differentialgleichungen KW - Physikalisch informierte neuronale Netze KW - Adaptive neuronale Verfeinerung KW - Gebietszerlegung KW - Differentialgleichung KW - Neuronales Netz Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1186/s13662-023-03789-x ER - TY - JOUR A1 - Afitiri, Abdul-Rahaman A1 - Afrifa, Ernest Kofi Amankwa T1 - Households’ willingness to use water from a solar water disinfection treatment system for household purposes JF - World N2 - The consumption of contaminated water contributes to the global burden of diarrhea and other water-borne diseases, especially among young children. While decentralized solar water disinfection treatment systems (hereafter SODIS) remain a viable option to have safe drinking water, our understanding of the effects of household water treatment before use on willingness to accept and adopt a SODIS is limited. In this study, a complementary log-log regression analysis of the compositional and contextual factors that systematically vary with willingness to accept and adopt a SODIS in the Sawla-Tuna-Kalba (STK) district of Ghana was carried out. Based on our findings, a greater proportion of households (97%) are willing to accept and adopt a SODIS. Compositional and contextual factors such as age, marital status, education, religion, and geographical location significantly contribute to households’ willingness to accept and adopt a SODIS in the STK district of Ghana. Households that treat their water before use (66%, p < 0.05) are more likely to accept and adopt a SODIS compared to those that do not treat their water before use. The findings, therefore, suggest that scaling up SODIS in the STK district is sacrosanct and highlight the necessity to analyse compositional and contextual factors influencing willingness to accept and adopt SODIS. Our findings will inform policies and programs aimed at implementing SODIS in the study area to improve the health of communities that rely on poor-quality drinking water sources. KW - SODIS KW - Disinfection KW - Willingness to accept KW - Adoption KW - Sawla-Tuna-Kalba district Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/world5040060 SN - 2673-4060 VL - 5 IS - 4 SP - 1181 EP - 1193 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Zschech, Ehrenfried A1 - Lechowski, Bartlomiej A1 - Kuturkova, Kristina A1 - Panchenko, Luliana A1 - Krüger, Peter A1 - Clausner, André T1 - Laboratory X-ray microscopy of 3D nanostructures in the hard X-ray regime enabled by a combination of multilayer X-ray optics T1 - Labor-Röntgenmikroskopie von 3D-Nanostrukturen im harten Röntgenbereich durch eine Kombination von Mehrschicht-Röntgenoptiken JF - Nanomaterials N2 - High-resolution imaging of buried metal interconnect structures in advanced microelectronic products with full-field X-ray microscopy is demonstrated in the hard X-ray regime, i.e., at photon energies > 10 keV. The combination of two multilayer optics—a side-by-side Montel (or nested Kirkpatrick–Baez) condenser optic and a high aspect-ratio multilayer Laue lens—results in an asymmetric optical path in the transmission X-ray microscope. This optics arrangement allows the imaging of 3D nanostructures in opaque objects at a photon energy of 24.2 keV (In-Kα X-ray line). Using a Siemens star test pattern with a minimal feature size of 150 nm, it was proven that features < 150 nm can be resolved. In-Kα radiation is generated from a Ga-In alloy target using a laboratory X-ray source that employs the liquid-metal-jet technology. Since the penetration depth of X-rays into the samples is significantly larger compared to 8 keV photons used in state-of-the-art laboratory X-ray microscopes (Cu-Kα radiation), 3D-nanopattered materials and structures can be imaged nondestructively in mm to cm thick samples. This means that destructive de-processing, thinning or cross-sectioning of the samples are not needed for the visualization of interconnect structures in microelectronic products manufactured using advanced packaging technologies. The application of laboratory transmission X-ray microscopy in the hard X-ray regime is demonstrated for Cu/Cu6Sn5/Cu microbump interconnects fabricated using solid–liquid interdiffusion (SLID) bonding. N2 - Die hochauflösende Abbildung von vergrabenen metallischen Verbindungsstrukturen in modernen mikroelektronischen Produkten mit Vollfeld-Röntgenmikroskopie wird im harten Röntgenbereich, d.h. bei Photonenenergien > 10 keV, demonstriert. Die Kombination von zwei Mehrschichtoptiken - einer nebeneinander angeordneten Montel-Kondensoroptik (oder verschachtelten Kirkpatrick-Baez-Optik) und einer Laue-Mehrschichtlinse mit hohem Aspektverhältnis - führt zu einem asymmetrischen Strahlengang im Transmissionsröntgenmikroskop. Diese optische Anordnung ermöglicht die Abbildung von 3D-Nanostrukturen in undurchsichtigen Objekten bei einer Photonenenergie von 24,2 keV (In-Kα-Röntgenlinie). Anhand eines Siemens-Sterntestmusters mit einer Mindeststrukturgröße von 150 nm wurde gezeigt, dass Strukturen < 150 nm aufgelöst werden können. Die In-Kα-Strahlung wird von einem Target aus einer Ga-In-Legierung mit einer Labor-Röntgenquelle in Flüssigmetallstrahltechnik erzeugt. Da die Eindringtiefe der Röntgenstrahlen in die Proben im Vergleich zu den in modernen Labor-Röntgenmikroskopen verwendeten 8 keV-Photonen (Cu-Kα-Strahlung) viel größer ist, können 3D-Nanostrahlen zerstörungsfrei in mm bis cm dicken Proben abgebildet werden. Dies bedeutet, dass für die Visualisierung von Verbindungsstrukturen in mikroelektronischen Produkten, die mit fortschrittlichen Gehäusetechnologien hergestellt werden, keine zerstörende Entnahme, Ausdünnung oder Querschnittszerlegung der Proben erforderlich ist. Die Anwendung der Labor-Transmissions-Röntgenmikroskopie im harten Röntgenbereich wird für Cu/Cu6Sn5/Cu-Mikrobump-Verbindungen demonstriert, die durch Fest-Flüssig-Interdiffusion (SLID) hergestellt wurden. KW - X-ray microscopy KW - High-resolution radiography KW - Nanostructure KW - Advanced packaging KW - Röntgenmikroskopie KW - Hochauflösende Radiographie KW - Nanostruktur KW - Erweiterte Verpackung KW - Nanostruktur KW - Röntgenmikroskopie KW - Radiographie Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/nano14020233 SN - 2079-4991 VL - 14 IS - 2 PB - MDPI CY - Basel ER -