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Zur aktuellen Forschung regulärer Sturm-Liouville-Probleme (SLP) gehört eine durch F. Atkinson definierte Klasse von Differentialgleichungen, deren Spektraltheorie unabhängig von der Operatorentheorie entwickelt wurde.
In der vorliegenden Arbeit wählen wir einen neuen Zugang über die Theorie der unbeschränkten Hermiteschen Operatoren: Zu den SLP vom Atkinson-Typ werden äquivalente Matrix-Eigenwertprobleme AY = λY konstruiert, deren unendlich-dimensionale Matrizen A eine tridiagonale Gestalt besitzen. Die Matrizen A können aufgefasst werden als unbeschränkte Hermitesche Jacobi-Operatoren H des Hilbertschen Folgenraumes – jene Operatoren H sind mittels der Cayley-Transformation fortsetzbar zu (nicht eindeutigen) selbstadjungierten Operatoren S ⊃ H. Dabei werden die jeweiligen S durch die separierten Randbedingungen des zugrundeliegenden SLP charakterisiert.
Hinsichtlich der Spektralanalyse wird der abstrakte Spektralsatz mit einbezogen, gemäß welchem eine Stieltjes-Integraldarstellung zur Resolventen des Operators S existiert. Die Sprungstellen der Belegungsfunktion ϱ(λ) entsprechen den Eigenwerten von S; zugleich stimmen sie überein mit den Eigenwerten des SLP vom Atkinson-Typ. Jene Sprungstellen sind lokalisierbar mittels der Theorie orthogonaler Polynome. Hierbei werden spezielle Polynome des Askey-Schemas betrachtet, für welche ϱ(λ) eine orthogonalisierende Belegungsfunktion darstellt. Wesentlich sind die Polynome für die Konstruktion holomorpher Funktionen, deren Nullstellen den Eigenwerten des SLP entsprechen.
In order to create alloys with exceptional properties for orthopedic uses, this study focuses on the impact of zirconium (Zr) content on the structural, electrochemical, and tribological qualities of nanostructured Ti–25NbxZr [x = 5, 10, 15, 20, 25, and 30 atomic (at.) %] alloys. The structural evolution was investigated using XRD and SEM techniques. The mechanical characteristics of the produced alloys, including Vickers hardness and Young’s modulus, were measured. In addition, the corrosion tests were performed using the OCP, EIS, and PD methods in Ringer’s solution within the independent pH range at 37°C. A ball-on-disc tribometer was used to investigate the tribological behavior of the alloys under various loads and wet conditions using the Ringer solution. It has been verified that Zr content (at. %) in the alloys had an impact on their morphologies, structural evolution, and mechanical characteristics. According to the morphological analysis, the particle and crystallite size decreases with increasing Zr content. Young’s modulus and Vickers hardness show the same tendency. The EIS data demonstrated that a single passive film formed on the alloy surfaces, and the addition of Zr enhanced the corrosion resistance of the passive films. The polarization curves demonstrate that the alloys had low corrosion current densities and large passive areas without the passive films disintegrating. Likewise, the inclusion of Zr resulted in a reduction in the corrosion and passive current density values. All of these results suggested that the titanium alloys exhibit a more noble electrochemical activity caused by Zr. From the tribological perspective, it was found that the friction coefficient of the alloys reduced with increasing Zr content.
Infections with COVID-19 in enclosed public spaces, where virus-laden aerosol particles can accumulate over time, have significantly contributed to the rapid spread of the virus. It is therefore of great importance to understand the transport and dispersion process of aerosol particles in such spaces, especially against the background of future pandemics. In this work, we present a Lagrangian-Particle-Tracking experiment to assess the mixed convective flow in a classroom with different ventilation strategies. For this purpose, thermal plumes were created by heated dummies, and a collimated LED light-sheet with ~0.4 m thickness was used for illumination of helium filled soap bubbles (HFSB) acting as passive tracer particles. In this way, the Lagrangian trajectories of the particles were recorded at two approximately 4.2 m × 2.8 m large fields using the novel 2D-Shake-The-Box-Method. As a result, time-resolved trajectories of over 300,000 simultaneously tracked HFSB have been reconstructed, so that both small-scale and large-scale properties of the flow are visualized quantitatively across the entire cross-section of the room. The trajectories show that the thermal plumes create lengthwise circulating vortices, which cannot be destroyed across the entire cross-section of the room by opening or tilting a window. Furthermore, the mixing in the room through the operation of an air purifier is higher compared to opening a window, which suggests that this strategy in combination with its air filtering capability is the most effective strategy to prevent infections.
This publication has been written in response to the 8th Sino-German Conference held from June 15 to 17, 2023 at the Brandenburg University of Technology in Cottbus, Germany. Contextualising "SARS-CoV-2 in technology and environment in science, engineering and art", the conference sought to exchange on researching current evolving technoscientific lifeworlds, on pandemic socio-technical environments, and on relations of transcultural political economies. Drawn on the various concerns running through the conference's lively variety of topics, the essay addresses problematic ways of scientific knowledge productions through visual materials. Mostly used decoratively, rarely adequately referenced, these materials reveal risky imprints. Consequently, it is well worth taking a closer look at where, how, and for which reasons visual materials are mobilized in academia.
The accumulation of heavy metal in oil palm plantation soils is a growing concern due to its potential environmental and health implications. This study aimed to investigate the accumulation of heavy metal on oil palm plantation soil fertilized with palm oil mill effluent POME. The research appraised the extent of contamination in oil palm plantation soil in Ikpoba Okha local government area of Edo state Nigeria. Soil sample were collected from different soil depth ranges 0-15cm, 15-30cm, 30-45cm, 45-60cm and 60-70cm of POME treated soil at five locations (2-6) and the control location 1 within oil palm plantations. The concentrations of the heavy metals (Cu, Mn, Zn, Ni, Pb, Cd, Cr, As, Hg) were analyzed using the atomic absorption spectrometry (AAS). The results show that the application of POME as fertilizer led to increased concentration of heavy metals. Significant difference at (p < 0.05) level in concentration was obtained across the different depths of the treated locations for the metals compared to the background location. However, As and Hg were not significantly different between the POME treated soil and control location. The impacts of POME treatment have greater effects on the concentration of the essential metal (Cu, Mn, Zn, Ni) compare to the non-essential metal (Pb, Cr, Cd, As, Hg). The concentration of the metals was below the permissible limits of regulatory standards. The increase concentration of the essential metal could have potential implications of soil contamination due to accumulation over time. The soil had contamination factor and pollution load index of low to moderate contamination and pollution. The control location 1 had the closest similarity with the location 6. The study proposed recommendation for POME usage as organic fertilizer in agricultural soil but with close monitory.
While urban life can be characterized by endeavors to settle stable and safe environments, for many people, urban space is rarely stable or safe; it is uncertain, troubled, imbued with challenges and perpetually under pressure. As the concept of unsettled appears to define the contemporary urban experience, this multidisciplinary book investigates the conflicts and possibilities of settling and unsettling through open and speculative analysis. The analytical prism of unsettled renders urban space an indeterminate ground unfolding through routines, temporalities and contestations in constant tension between settling and unsettling. Such contrasting experiences are contingent on how urban societies confront, undergo and overcome turbulence and difficulties in time and space. Contributions drawing on theoretical reflections and empirical accounts—from Argentina, Austria, Germany, Greece, Italy, the Netherlands, the UAE, the UK, the USA and Vietnam—give insights into plural occurrences of the unsettled, which might tie down or unleash transformative, liberatory and emancipatory potentials. This book is for students, professionals and researchers interested in the uncertainties, foundations, disturbances, inconsistencies, residuals and blind fields, which constitute the urban both as lived space and as social, cultural and political ideal.
Assessing alternative agricultural water management strategies requires long-term field trials or vast data collection for model calibration and simulation. This work aims to assess whether an uncalibrated agro-hydrological model using global input datasets for climate, soil and crop information can serve as a decision support tool for crop water management under data scarcity. This study employs the Cool Farm Tool Water (CFTW) at eight eddy covariance sites of the FLUXNET2015 dataset. CFTW is tested using global (CFTWglobal) and local (CFTWlocal) input datasets under current and alternative management scenarios. Results show that the use of global datasets for estimating daily evapotranspiration had little effect on the median Root Mean Square Error (RMSE) (CFTWglobal: 1.70 mm, CFTWlocal: 1.79 mm), while, however, the median model bias is much greater (CFTWglobal: - 18.6%, CFTWlocal: - 4.3%). Furthermore, the periods of water stress were little affected by the use of local or global data (median accuracy: 0.84), whereas the use of global data inputs led to a significant overestimation of irrigation water requirements (median difference: 110 mm). The model performance improves predominantly through the use of more representative local precipitation data, followed by local reference evapotranspiration and soil for some European growing seasons. We identify model outputs that can support decision-making when relying on global data, such as periods of water stress and the daily dynamics of water use. However, our findings also emphasize the difficulty of overcoming data scarcity in decision-making in agricultural water management. Furthermore, we provide recommendations for enhancing model performance and thus may increase the accessibility of reliable decision support tools in the future.
The integration of germanium (Ge) on silicon (Si) for microelectronics applications requires strain-relaxed SiGe buffer layers (SRB) as virtual substrates. However, the presence of threading dislocations in these layers remains a challenge, as they can affect device performance. Existing methods achieve threading dislocation densities (TDD) around 1 x 10⁵ cm⁻², but a further reduction is desired for industrial applications. A SiGe backside deposition technique originally intended to compensate for wafer bowing surprisingly improves the TDD. The underlying physics remained poorly understood until now. In this work it is shown, that the SiGe backside deposition leads to a parasitic SiGe layer at the edge of the wafer. Partial relaxation of this layer generates dislocations, which fundamentally change the relaxation mechanism of subsequently deposited SiGe layers on the front side. These preexisting dislocations glide from the edge to the center of the wafer, preventing the formation of dislocation bundles and pile-ups. As a result, the TDD decreases significantly for layers with low Ge content. Adjusting the growth conditions and dislocation glide kinetics optimizes early relaxation, achieving a TDD reduction to 4x10⁴ cm⁻² for 25% Ge buffer layers. Additionally, a novel ring deposition technique provides controlled preexisting dislocations at the wafer’s edge, offering better control over the dislocation reservoir than uncontrolled parasitic deposition. Although initial results show promising results, further optimization is needed due to localized mechanical damage during processing. In summary, this research provides insights into strained SiGe layer relaxation, dislocation physics, and their impact on the TDD. By understanding these mechanisms, an enhancement of established buffer approach can be achieved and novel strategies for further TDD reduction can be developed.
In einem von erneuerbaren Energien dominierten Energiesystem spielen Speichertechnologien eine zentrale Rolle. Im Rahmen der deutschen Energiewende entstehen momentan mehrere Demonstrationsprojekte, in welchen regenerativer Strom mittels Wasserelektrolyse in Form von Wasserstoff gespeichert wird und sektorenübergreifend Anwendung findet.
Zur technischen und ökonomischen Bewertung von Szenarien, welche bereits heute von Relevanz sind, werden im Rahmen dieser Arbeit Simulationen durchgeführt. Hierfür werden mehrere auf regenerativen Energien und Wasserstoff basierende Systempfade mit den Zielapplikationen Wasserstoffbereitstellung für Industrieanwendungen, Wasserstoff-Gasnetzeinspeisung und Rückverstromung entworfen. Darüber hinaus wird auch ein zukünftiges Szenario zur saisonalen Stromspeicherung betrachtet.
Als Voraussetzung der Simulation werden die in den Systempfaden vorkommenden Komponenten in Matlab/Simulink von Grund auf abgebildet und je nach Zielstellung logisch miteinander verschalten. Die Elektrolyseanlage als zentrale Komponente verfügt hierbei über den höchsten Detailgrad. Zur Erhebung technischer Kennfelder als auch zur Charakterisierung des Betriebsverhaltens werden weitreichende Untersuchungen an einem realen Druckelektrolyseur durchgeführt, woraufhin eine Implementierung der erhobenen Daten in das Modell erfolgt. Die Energiebereitstellung in den Simulationen geschieht mittels Windkraft und Photovoltaik, welche direkt oder zur Wasserstoffherstellung genutzt wird. Der Wasserstoff wird je nach Einsatzstrategie weiter verdichtet, einer Speicherlösung zugeführt und anschließend rückverstromt. Zur Deckung des Wasserstoffbedarfs bzw. der Stromabnahmeprofile wird eine Sensitivitätsanalyse zur Dimensionierung der Systemkomponenten durchgeführt. Der Hauptfokus liegt hierbei auf der Sicherstellung der Versorgungssicherheit.
Aufgrund seines Detailgrades schließt das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell die Lücke zwischen der Komponenten- und der Systemmodellierung. Somit findet es in der zielgerichteten Analyse von realen Wasserstoff-Versorgungspfaden seine Anwendung.
Aufbauend auf der technischen Simulation werden die rechtlichen Rahmenbedingungen der Systempfade dargestellt und anhand eines spezifisch angepassten Kostenmodells die Wasserstoff- und Stromgestehungskosten berechnet sowie die Kostenverteilung hinsichtlich der Kostenbestandteile und Komponenten dargestellt.
Die Hauptfaktoren der Gestehungskosten liegen in der Strombereitstellung, gefolgt von der Elektrolyse. Für die Wasserstoffspeicherung und Rückverstromung fallen vergleichsweise geringe Kosten an. Der angesetzte Zinssatz und eventuelle Abgaben haben einen wesentlichen Einfluss auf die Strom- und Wasserstoffkosten. Die Höhe der anfallenden Abgaben ist stark vom Anwendungsfall abhängig und muss für jeden Einzelfall gesondert betrachtet werden. Ein maßgeblicher Entfall von Abgaben liegt bei der Eigenversorgung ohne Leitung durch ein öffentliches Netz vor.
Die stetige Verkleinerung der Strukturgrößen bei der Halbleiterfertigung ermöglicht die Herstellung von integrierten Schaltungen, die immer komplexere Aufgaben erfüllen können und dabei von Generation zu Generation kompakter, energieeffizienter und kostengünstiger werden. Ein Nachteil dieser Skalierung ist die zunehmende Anfälligkeit gegenüber verschiedenen physikalischen Effekten, die im Betrieb temporäre oder permanente Fehlern verursachen können. Dies erhöht die Notwendigkeit, Maßnahmen zu implementieren, die diese Fehler kompensieren und damit die Zuverlässigkeit der Schaltung steigern.
Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung und Implementierung von Methoden für einen gezielten Einsatz von Hardware-Redundanz beim Entwurf fehlertoleranter digitaler Schaltungen. Die entwickelten Methoden bilden die Grundlage für eine rechnergestützte Entwurfsraumexploration, bei der auf der Basis eines gegebenen Schaltungsentwurfs eine Vielzahl fehlertoleranter Entwurfskandidaten automatisiert erzeugt und evaluiert werden kann.
Zur Bewertung der Kosten der verwendeten Hardware-Redundanz werden mehrere Verfahren vorgestellt, um die Veränderung von Schaltungsfläche, Verarbeitungsleistung und Verlustleistung zu bestimmen. Dazu gehört auch die Entwicklung und Evaluierung von Methoden, die Abschätzungen auf der Grundlage struktureller Eigenschaften und vorhandener Teilergebnisse liefern. Diese erreichen eine deutliche Beschleunigung gegenüber herkömmlichen Logiksynthesen und ermöglichen so in verschiedenen Phasen der Entwurfsraumexploration einen jeweils geeigneten Kompromiss zwischen Laufzeit und Genauigkeit.
Für die Berechnung der Zuverlässigkeit und der erwarteten Lebensdauer von Entwurfskandidaten wird ein Modellierungsansatz eingeführt, der es ermöglicht, temporäre und permanente Fehler gemeinsam zu berücksichtigen. Darüber hinaus beschreibt die Dissertation einen Algorithmus zur automatischen Generierung entsprechender Modelle. Dieser wird verwendet, um für eine exemplarische Menge von Hardware-Redundanzstrategien die jeweils erreichbare Steigerung der erwarteten Lebensdauer zu berechnen. Die Ergebnisse geben Aufschluss über den Einfluss verschiedener Entwurfsentscheidungen und Randbedingungen auf die Wirksamkeit der eingesetzten Fehlertoleranzmaßnahmen.