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In dieser Arbeit wird experimentell untersucht, inwieweit sich das Emissionsverhalten und die chemische Zusammensetzung ausgewählter Werkstoffe nach thermisch-oxidativer Belastung ändern und die Ergebnisse der Analysemethoden korrelieren.
Die Untersuchungen dienen der Beurteilung einer Notwendigkeit von Emissionsmessungen im Rahmen der Qualitätskontrolle, ausgeweitet auf Untersuchungen nach einer Belastung unter Gebrauchsbedingungen.
Dafür werden verschiedene Varianten an ABS und PP-Probekörpern nach thermisch-oxidativer Belastung, angepasst an Fahrzeug- und Werkstoffkenndaten, hinsichtlich ihres Emissionspotentials mittels Dynamischer Headspace und ihrer chemischen Zusammensetzung mit der Pyrolyse-GC/MS untersucht.
Tailorable System Software
(2014)
System software, such as the operating system, provides no business value of its own. Its sole purpose is to serve the concrete application's needs -- that is, to map the functional and nonfunctional requirements efficiently to the functional and nonfunctional properties of the hardware.
Efficiency calls for specific, tailored system software; reusability demands generic solutions. To overcome this dilemma, most system software provides built-in static variability: It can be tailored at compile time with respect to a specific application–hardware use case.
In the case of Linux v3.2, this static variability is reflected by nearly 12000 configurable features that control the inclusion and exclusion of 28000 source files with 84000 conditional (#ifdef) blocks.
Variability by means of thousands of features imposes challenges for both system-software developers, who have to implement and maintain variability, as well as application developers/administrators, who have to understand the impact of all these features in order to configure a tailored variant.
Over the last four years, my research has focused on methods and techniques to improve the design, implementation, and maintenance of static variability in highly tailorable system software. My central contributions in this respect are:
(a) The CiAO approach, which employs language techniques to achieve excellent up-tailorability of embedded system software (towards the requirements of a specific application).
(b) The Sloth approach, which employs generative techniques to achieve down-tailorability of embedded system software (towards better exploitation of modern commodity hardware).
(c) The VAMOS approach, which employs cross-language analysis techniques and holistic variability modeling to improve on the long-term maintainability of multi-paradigmatic variability implementations in existing large-scale system software, such as Linux.
This research has been carried out in collaboration with seven doctoral researchers and master students from my research group, four of which have already defended.
Lewis Acid-Base Theory Applied on Evaluation of New Dopants for Organic Light-Emitting Diodes
(2014)
New classes of conductivity doping materials for organic electrical devices, especially lightemitting diodes, have been identified in this study. Conductivity, mobility and charge-carrier density determination was presented with the example of aluminium tris(8-hydroxyquinolate) n-doping, co-evaporated with caesium
orthovanadate, a new n-doping material. The refinement of the calculated conductivity and the verification of charge-carrier density were provided via other independent and published
methods. The confirmation certified the accuracy of the obtained values, and the methods were used for the characterisation of further dopants and their doping strength.
Struture-property relashionships were carried out from the investigation of doping materials at their chemical level and their electrical behaviour. Systematic p-doping studies of different
organometallic Lewis acid complexes in different hole transport materials at different dopant concentrations were performed. First of all, the investigation by the metal centres variation of
the three paddlewheel dichromium(II,II)-, dimolybdenum(II,II)- and dirhodium(II,II)-trifluoroacetate complexes exhibited the dependency of the p-doping strength with the electrophilily of the core. A ligand variation study over 10 bismuth(III)-carboxylate complexes demonstrated the electron-withdrawing effect of the ligand to be responsible for the enhancement of the p-doping effect in the complex. The conductivity of different hole
transporters, doped with different bismuth dopants, was correlated to the change of dipole moment, pKa and Hammett parameter of the carboxylic acid ligands. From these correlations, Linear Free-Energy Relationships showed the donor/acceptor interaction between the dopant and the semiconductor to obey a Lewis acid/base equilibrium (hybrid charge-transfer complex
formation) rather than on a redox equilibrium (integer charge-transfer complex formation). One of the p-dopants was chosen as replacement in thick hole transport layer of white organic
light-emitting diodes and showed comparable or better effects on the devices than a reference, doped with a commercially available p-dopant. It demonstrates the potential use of these Lewis acidic p-dopants for other opto-electronic applications in an organic semiconductor based devices.
In der vorliegenden Arbeit werden neue Methoden und Verfahren der bayesschen Schätzung für die Koordinatenmesstechnik entwickelt, umgesetzt und validiert. Messungen sind aufgrund allgegenwärtig wirkender bekannter und unbekannter Einflüsse (Störungen oder Rauschprozesse) stets abweichungsbehaftet und die tatsächlichen Koordinaten nicht exakt bestimmbar. Der Messvorgang liefert Informationen über die Position in Form von Beobachtungen, die allerdings eine abweichungsbehaftte Abbildung der tatsächlichen Position repräsentieren. Da bei dieser Transformation Informationen verloren gehen, ist eine exakte, eindeutige Berechnung der tatsächlichen Position aus den vom Messprozess generierten Beobachtungen nicht möglich. Sie kann jedoch mathematisch geschätzt werden, da der funktionale Zusammenhang zwischen den tatsächlichen Objektkoordinaten und den Beobachtungen erhalten bleibt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Implementierung und Bereitstellung von Algorithmen zur dynamischen, messdatenbasierten und sensorübergreifenden Genauigkeitsverbesserung und Messunsicherheitsermittlung von Koordinatenmessungen. Die Lösung erfordert vom Anwender weder das Aufstellen einer Modellgleichung des Messprozesses, noch a priori Verteilungsannahmen, erlaubt aber deren Spezifikation bei Bedarf. Durch diese probabilistische Messdatenverarbeitung und -auswertung können Abweichungen in den Messdaten reduziert und gleichzeitig Unsicherheitsaussagen abgeleitet werden.
Der amorphe bzw. glasige Zustand besitzt, per Definition keine langreichende symmetrische atomare Anordnung. Um die Struktur eines Glases dennoch beschreiben zu können, wurde der theoretische Formalismus der „Topologie“ eingeführt. Dieser definiert eine geometrische Grundanordnung der Struktureinheiten und deren atomare Besetzung. Experimentell lässt sich die Topologie jedoch schwer erfassen. Übliche Methoden zur Strukturanalyse von Gläsern (z.B. Kernspinresonanz, Röntgenbeugung, Ramanspektroskopie, Infrarotspektroskopie) können Nahordnung, bzw. Strukturen mittlerer Größenordnung aufklären, geben aber keinerlei Hinweise auf Strukturen im Fernordnungsbereich. Die vorliegende Studie fokussiert deshalb auf die experimentelle Beschreibung der Topologie von Gläsern über die Analyse der jeweils vorliegenden nanoskaligen Heterogenität und betrachtet im Speziellen deren Druckabhängigkeit. Wird eine unterkühlte Schmelze eingefroren, zeigen die entstehenden Strukturen bzw. die strukturelle Heterogenität, sowie zahlreiche makroskopisch beobachtbare Eigenschaften des so entstandenen Glases, eine deutliche Abhängigkeit von den angewandten Einfrierbedingungen, d.h. von der Kinetik des Glasübergangs. Diese kann dann über die jeweils vorliegende fiktive Temperatur und den fiktiven Druck, welche den Punkt des Einfrierens aller atomaren Bewegungen repräsentieren, beschrieben werden. Bisher existieren jedoch nur wenige experimentelle Studien, welche den Einfluss variierender Einfrierbedingungen, besonders des Drucks, auf die Struktur, bzw. die Topologie untersuchen.
In dieser Arbeit konnte anhand des Borosilikatglassystems gezeigt werden, dass die Hauptverdichtung des Materials durch die Homogenisierung der Topologie geregelt wird. Konkret wurde eine Reduktion der eingefrorenen Dichtefluktuationen von ca. 27 % mit einem scheinbaren fiktiven Druck von Pa,f = 470 MPa festgestellt. Des Weiteren wurde eine inelastische Komprimierung im Borosilikatglas im Bereich von 10 GPa < p < 20 GPa nachgewiesen. Strukturell ist die Umwandlung durch die Bildung von tetragonal koordiniertem Bor und direkte Verknüpfungen von Silizium mit Bor über ein gemeinsames Sauerstoffatom charakterisiert. Thermodynamisch gesehen, bleibt die Frage, ob es sich um Polyamorphismus handelt.
Außerdem wurden Gläser des Sulfophosphatsystems, das durch eine variable Netzwerkverknüpfung bis zu einer rein ionischen Struktur mit steigendem Schwefelgehalt gekennzeichnet ist, analysiert. Im Niedrigdruckbereich bis Pa,f < 0.5 GPa, ist unabhängig vom Polymerisationsgrad, die topologische Heterogenität der Gläser kaum beeinflusst. Vor allem in den hauptsächlich ionisch gebundenen Glaszusammensetzungen ist jedoch ein Anstieg der topologischen Heterogenität mit Pa,f angedeutet.
The compile-time configuration mechanisms of modern system software allow the adaptation to a broad range of supported hardware architectures and application domains. Linux is hereby a both prominent and good example: In version 3.2, Linux provides more than 12.000 user-configurable configuration options, growing rapidly. This high amount of configurability imposes big challenges for developers. First, the declared variability in the configuration tooling, and what is actually implemented in the code, have to be kept in sync. If performed manually, this is a tedious and error-prone task. Second, alternatives implemented in the code make the use of tools for static analysis challenging. Finally, the overwhelming amount of configuration options make finding the best configuration for a given use-case hard for system integrators and developers. In this thesis, I analyze the variability mechanisms in Linux and related system software, in which I reveal many inconsistencies between the variability declaration and implementation. Many of these inconsistencies are hereby provably actual programming errors. It turns out that the extracted variability model is useful for additional applications. The formalized model helps developers with employing existing tools for static analysis more effectively. This allows the systematic revelation of bugs that are hidden under seldom tested configurations. Moreover, my approach enables the construction of a minimal Linux configuration with the extracted variability model and a run-time analysis of the system. This enables system administrators to compile and operate a Linux kernel with significantly reduced attack-surface, which makes the system more secure. In the end, my approach allows the holistic mastering of compile-time variability across the language barriers of the employed tools Kconfig, make and CPP.
Terbium-terbium interactions in terbium doped semiconductors and insulators may lead to the so-called cross-relaxation process, which increases the 5D4 (green) emission of the terbium ions at the cost of the 5D3 (blue) luminescence intensity. This effect can generally be reduced by increasing the distance between an excited ion and the nearest ion in the ground state. A straightforward measure is to use a specimen with a decreased terbium concentration. The alternative is to increase the intensity of the excitation (either by photons or electrons) and thereby to reduce the population of terbium ions in the ground state. This paper works this process out with the example of AlN:Tb on the basis of a model and respective experimental results. As will be seen, stronger excitation causes in essence more Tb ions to be excited, thus less ions in the ground state which increases the distance between an excited and the nearest ground state ions. This hinders energy transfer between the terbium ions and thus counteracts the cross-relaxation process. The advantage of changing the excitation intensity lies in the possibility to deliberately shift the apparent colour of the Tb luminescence from a single specimen between green and blue.
Second Harmonic Generation (SHG) is a widely used tool to study surfaces. Here we investigate SHG from spherical nanoparticles consisting of a dielectric core (radius 100 nm) and a metallic shell of variable thickness. Plasmonic resonances occur that depend on the thickness of the nanoshells and boost the intensity of the Second Harmonic (SH) signal. The origin of the resonances is studied for the fundamental harmonic and the second harmonic frequencies. Mie resonances at the fundamental harmonic frequency dominate resonant effects of the SH-signal at low shell thickness. Resonances excited by a dipole emitting at SH frequency close to the surface explain the enhancement of the SHG-process at a larger shell thickness. All resonances are caused by surface plasmon polaritons, which run on the surface of the spherical particle and are in resonance with the circumference of the sphere. Because their wavelength critically depends on the properties of the metallic layer SHG resonances of core-shell nanoparticles can be easily tuned by varying the thickness of the shell.
Antiperiodic oscillations
(2013)
The investigation of regular and irregular patterns in nonlinear oscillators is an outstanding problem in physics and in all natural sciences. In general, regularity is understood as tantamount to periodicity. However, there is now a flurry of works proving the existence of “antiperiodicity”, an unfamiliar type of regularity. Here we report the experimental observation and numerical corroboration of antiperiodic oscillations. In contrast to the isolated solutions presently known, we report infinite hierarchies of antiperiodic waveforms that can be tuned continuously and that form wide spiral-shaped stability phases in the control parameter plane. The waveform complexity increases towards the focal point common to all spirals, a key hub interconnecting them all.
Using acousto-optical deflectors at high deflection speeds via acoustical frequency chirping induces astigmatism, deforming the laser beam in an unfavorable way. Within the paper, we present a method to prevent this effect for an ultrashort pulsed laser beam via acoustical frequency jumps synchronized to the pulse-to-pulse pause. We also demonstrate and give a method to calculate beam shaping capability of acousto-optical deflectors via arbitrary spatial frequency developments during ultrashort laser pulse transit through the deflector. Cylinder-lens-free deflection at >2000 rad/s and beam shaping capability is demonstrated experimentally. In our experiments the switching time between two beam shapes is 1 µs.
The first supercontinuum (SC) absorption spectroscopy measurements showing the feasibility of quantitative temperature evaluation are presented to the best of the authors’ knowledge. Temperature and multi-species measurements were carried out at a detection rate of ∼2 MHz in a high-temperature flow cell within a temperature range from 450 K to 750 K at 0.22 MPa, representing conditions during the suction and compression stroke in an internal combustion (IC) engine. The broadband SC pulses were temporally dispersed into fast wavelength sweeps, covering the overtone absorption bands 2ν1, 2ν3, ν1 + ν3 of H2O and 3ν3 of CO2 in the near-infrared region from 1330 nm to 1500 nm. The temperature information is inferred from the peak ratio of a temperature sensitive (1362.42 nm) and insensitive (1418.91 nm) absorption feature in the ν1 + ν3 overtone bands of water. The experimental results are in very good agreement with theoretical intensity ratios calculated from absorption spectra based on HiTran data.
We numerically report on the complexity reduction of digital backward propagation (DBP) by utilizing correlative encoded transmission (dual-polarization quadrature duobinary) at a bit-rate of 112Gbit/s over 1640km fiber link. The single channel (N=1) and multi-channel (N=10) transmission performances are compared in this paper. In case of multi-channel system, 10 transmitters are multiplexed with 25GHz channel spacing. The fiber link consists of Large Aeff Pure-Silica core fiber with 20 spans of 82km each. No in-line optical dispersion compensator is employed in the link. The system performances are evaluated by monitoring the bit-error-ratio and the forward error correction limit corresponds to bit-error-ratio of 3.8×10−3. The DBP algorithm is implemented after the coherent detection and is based on the logarithmic step-size based split-step Fourier method. The results depict that dual-polarization quadrature duobinary can be used to transmit 112Gbit/s signals with an spectral efficiency of 4-b/s/Hz, but at the same time has a higher tolerance to nonlinear transmission impairments. By utilizing dual-polarization quadrature duobinary modulation, comparative system performance with respect to dual-polarization 16-quadrature amplitude modulation transmission can be achieved with 60% less computations and with a step-size of 205km.
We investigate the performance of carrier phase estimation (CPE) and digital backward propagation (DBP) in compensating fiber nonlinearity for 224Gbps polarization-multiplexed quadrature-amplitude-modulation coherent systems with level of 4 and 16 (PM-4-QAM and PM-16-QAM) over standard single-mode fiber (SSMF) uncompensated link. The results from numerical simulation show the individual performance of CPE and DBP as well as their mutual influence. With DBP compensation, required CPE tap number for optimal performance can be reduced by 50% for 4-QAM signal and 67% for 16-QAM signal compared to linear compensation. On the other hand, employing CPE compensation after DBP also allows to reduce DBP steps. In the mentioned PM-16-QAM system, 60% reduction in the required number of DBP steps to achieve BER=10−3 is possible, with a step-size of 200km, which reveals great potential to reduce the complexity for future real time implementation.
Biomaterialien im Hartgewebekontakt setzen unterschiedliche Eigenschaften, wie hohe mechanische Stabilität bei geringem Reibungsverlust, eine gute Anbindung in das Empfängergewebe und einen hemmenden Einfluss auf die Bildung von Biofilmen, voraus. Insbesondere Beschichtungen welche eine gezielte Modifikation von topologischen, mechanischen und chemischen Oberflächeneigenschaften bewirken, haben sich als aussichtsreich erwiesen, um eine stabile Knochen/Implantat Anbindung herzustellen. Nanostrukturen kommt dabei ein zunehmendes Interesse zu, da sowohl molekulare, zelluläre, sowie bakterielle Prozesse auf dieser Größenskala stattfinden. In der vorliegenden Arbeit wurde die elektrochemische Erzeugung nanoporöser anodischer Aluminiumoxidschichten (PAA) als funktionale Beschichtung auf elektrisch nichtleitenden keramischen und leitenden titanbasierten Biomaterialien mit Porengrößen dPore ≤ 45 nm untersucht. Aus Messungen des Strömungspotentials wurde das Zeta-Potential der PAA-Nanostrukturen abgeleitet und ein Zusammenhang zur biologischen Wechselwirkung hergestellt. Für den direkten Kontakt mit dem Empfängergewebe wurden Untersuchungen zur Adhäsion und Proliferation von humanen Osteoblasten sowie die Adhäsion von Bakterien und die damit verbundene Ausbildung von Biofilmen mit Escherichia Coli (HB101) durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die erzeugten nanoporösen Aluminiumoxidschichten einen sehr unterschiedlichen Einfluss auf die Osteoblastenaktivität bzw. Adhäsion von Escherichia Coli (HB101) aufweisen. Des Weiteren wurden die erzeugten Schichten für den Bereich zementierter prothetischer Versorgungen als innovative Oberflächenstrukturen zur Erhöhung der Zementanhaftung auf herkömmlichen Biomaterialien untersucht. Zu diesem Zweck wurden die mechanischen Kennwerte von PAA-Schichten und deren Grenzflächenstabilität auf verschiedenen Implantmaterialien und mit PMMA basiertem Zement ermittelt. Durch gezielte Einstellung und topologische Optimierung der PAA-Strukturen können mechanisch stabile Schichten mit zellstimulierenden (Osseointegra-tion) bzw. -inhibierenden (Biofilm) Wechselwirkungen hergestellt werden und bezüglich des Einsatzortes (z.B. lasttragender Gelenkersatz) angepasst werden.
Abstract: In this thesis we investigate two main practical implementations of cooperative communications, so called Decode-and-Forward (DF) and Compress-and-Forward (CF) relaying, in conjunction with rateless codes. Dynamic decode-and-forward (DDF) is a version of decode-and-forward relaying in which the duration of the listening phase at relays is not fixed. In this thesis, we investigate half-duplex DDF relaying based on rateless codes. The use of rateless codes allows relays to autonomously switch from listening to the source node to transmitting to the destination node. We first revisit different signal combining strategies applied at the destination node, namely energy and information combining known from literature, and propose a new combining method which we refer to as mixed combining. The different combining methods give rise to different achievable rates, i.e., constrained channel capacities, for which we provide analytical expressions. The capacity analysis reveals the conditions under which mixed combining is superior and how it can be optimized. We then consider Raptor codes as a specific implementation of rateless codes and develop a density-evolution approximation to predict the data-rate performance of these codes in DDF relaying. Furthermore, we devise an optimization of the output symbol degree distribution of Raptor codes that is mainly used to benchmark the performance of Raptor codes with a fixed degree distribution. Numerical results for exemplary three-node and four-node relay networks show that the proposed mixed combining provides significant gains in achievable data rate and that Raptor codes with a fixed degree distribution are able to realize these gains and to approach closely the constrained-capacity limits. Compress-and-forward refers to another relevant relaying scheme, which is based on the concept of source coding with side information; namely Slepian-Wolf coding (SWC) and Wyner-Ziv coding (WZC). Using SWC/WZC, the relay attempts to exploit the correlation between its received signal, and the already received signal at the destination in order to compress its data. In contrast to DF, the duration of listening phase is a-priori defined. However, it may still be reasonable to facilitate CF relaying framework with rateless codes, since rateless codes ensure to adapt their rates not only to the capacity bounds (as a channel code) but also to compression bounds (as a source code), which leads to an overall rate-adaption, the so called fine tuning. In this thesis we provide theoretical backgrounds and preliminaries on compress-and-forward relaying strategy. We outline the principles and practical methods of implementing of SWC and WZC, mainly in a rateless scenario. We derive the bounds on maximum achievable rate of half-duplex CF scheme under peak power constraint (PPC), and propose a novel rateless coded CF scheme using systematic Raptor codes. We show that in terms of overall maximum achievable rate, using systematic Raptor codes for SWC/WZC significantly outperforms non-systematic ones. Furthermore, by introducing a parallel decoding method, density evolution analysis for CF transmission with systematic Raptor code is developed, which serves as the basis for optimization of transmission parameters. As expected, numerical results indicate clear performance improvement due to the optimized parameter.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Trennleistung chromatographischer Säulen präparativen Maßstabs untersucht. Die Effizienz solcher Säulen, deren Einsatz heutzutage eine echte Alter-native zu bewährten Trennoperationen, wie etwa Extraktion oder Rektifikation darstellt, wird maßgeblich durch die Struktur des mit porösen Partikeln gepackten Bettes beeinflusst. Die Packungsstruktur bestimmt die Durchströmung und somit die Verteilung der flüssigen Phase innerhalb der Säule, welche sich im Idealfall einer homogenen Pfropfenströmung (engl. plug flow) annähert. Eine Erfassung solcher „inneren“ Einflussfaktoren ist mit herkömmlichen Modellen, welche den chromatographischen Trennprozess beschreiben, nur schwer möglich, nicht zuletzt auch deswegen, weil keine verlässlich (= zerstörungsfrei) ermittelten Daten über die innere Packungsstruktur vorliegen. Dieser Gesichtspunkt wurde in dieser Arbeit aufgegrif-fen, indem chromatographische Säulen mittels des zerstörungsfrei arbeitenden Verfahrens der Computertomographie (CT) untersucht wurden. Die Arbeiten des Lehrstuhls für Thermische Verfahrenstechnik auf dem Gebiet der CT wurden hierbei konsequent weiterentwickelt, wobei der Messaufbau und die Auswerteverfahren opti-miert und erstmals für eine systematische Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren ver-wendet wurden. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Abhängigkeit der Säuleneffizienz von verschiedenen Parametern, wie etwa Partikelform, Säulendurchmesser, Packmethode etc. Mit dem Einfluss dieser aufwendig gemessenen Parameter auf chromatographische Trennun-gen beschäftigt sich der zweite wesentliche Teil dieser Arbeit, die mehrdimensionale Strö-mungssimulation durch Computational Fluid Dynamics (CFD). Hierbei wurde erstmalig der CFD-Code Star-CCM+ für die Simulation chromatographischer Trennprozesse verwendet, welcher hierzu zunächst durch die Implementierung von Benutzerprogrammen angepasst werden musste. Da sich mittels der CFD-Rechnungen unterschiedliche Phänomene getrennt voneinander untersuchen lassen – bspw. Adsorption, Stofftransport, Packungsstruktur etc. – war es möglich, basierend auf den Ergebnissen der CT-Messungen, die hydrodynamisch güns-tigste stationäre Phase für ein vordefiniertes Trennproblem im Voraus abzuschätzen. Am Ende der vorgestellten Arbeit steht somit ein Simulationswerkzeug zur Verfügung, wel-ches nach Eingabe der thermodynamischen Randbedingungen (Adsorptionsisotherme, Stoff-transportwiderstand) in der Lage ist, chromatographische Trennungen auch unter der Berück-sichtigung der hydrodynamischen Einflüsse der Packungsstruktur umfassend zu beschreiben.
n-Alkane Isomerization Catalyzed by Highly Acidic Ionic Liquids in Multiphase Reaction Systems
(2013)
The aim of this thesis comprised the development of highly acidic ionic liquid based catalysts for the n-alkane isomerization. Focus was on the reactant n-octane, a model compound for long-chain alkanes (C > 6), which are more pronounced to cracking side reactions compared to the state-of-the art feedstocks pentane / hexane and therefore has not been industrially applied up to now for the up-grading of fuels and production of high RON gasoline. However, this will be necessary in near future due to stricter environmental regulations. The investigated catalysts can be basically categorized in two different catalytic systems, the monofunctional and bifunctional catalysts. In the monofunctional category, uncoated acidic ionic liquids and SILP catalysts were investigated. SCILL systems, which are synthesized by coating pretreated Pt / silica with a thin film of the acidic ionic liquid [BMIM]Cl / AlCl3, as well as Pt nanoparticles based systems, which were formed in situ under hydrogen by the addition of Pt-precursors to a Lewis acidic hallometallate ionic liquid, can be attributed to the bifunctional catalysts. Monofunctional acidic ionic liquid based catalysts Three different catalytic systems, [BMIM]Cl / AlCl3 / H2SO4, [BMIM]Cl / AlCl3 / 1-chlorooctane as well as [BMIM]Cl / AlCl3 / CuCl2 were screened for system selection in the n-octane isomerization at Treaction = 303 K. The first two systems were further optimized for highest carbenium ion generation and therewith highest n-octane conversion. Moreover, these two optimized systems were tested for their recyclability. The cracking inhibitor hydrogen (phydrogen = 0 – 40 bar) was totally effectless in the n-octane isomerization at mild reaction temperatures and also at elevated temperatures. Another measure regarding the selectivity improvement, decreased Lewis acidity of the ionic liquid (n([BMIM]Cl) / n(AlCl3) = 1/1.7 compared to n([BMIM]Cl) / n(AlCl3) = 1/2.0), resulted not in higher iso-octanes selectivities at 303 K, merely the n-octane conversion was parallelly shifted to lower values. The acidic ionic liquid based catalysts were applied in a liquid-liquid biphasic reaction mode. An improved recycling and immobilization concept of the catalytically active acidic ionic liquid offers the SILP system. The ionic liquid n([BMIM]Cl) / n(AlCl3) = 1/2.0 was successfully immobilized on pretreated silica support and applied in a slurry-phase reaction mode (liquid organic phase, solid SILP catalyst). The tested SILP catalyst showed higher catalytic activity in the n-octane conversion compared to the classical biphasic system (Treaction = 373 K, phelium = 40 bar). Bifunctional ionic liquid based catalytic systems The SCILL system resulted in a modified and enhanced activity and selectivity compared to the monofunctional acidic ionic liquid based catalyst and the heterogeneous Pt / silica catalyst. The SCILL material was characterized by H2-chemisorption, N2-adsorption and ICP-AES before its application in catalysis. The SCILL systems revealed a strong dependency of the catalytic activity on the hydrogen partial pressure. Higher hydrogen partial pressure resulted in a significant increase in n-octane conversion as well as iso-octanes selectivity. Temperature variation (Treaction = 373 – 423 K) was a further part of the investigative experiments. A less Lewis acidic ionic liquid (n([BMIM]Cl) / n(AlCl3) = 1/1.7 compared to (n([BMIM]Cl) / n(AlCl3) = 1/2.0) on the pretreated Pt / silica led to a lower amount of converted n-octanes but also to slightly reduced selectivities for iso-octanes. In contrast to the catalytic system [BMIM]Cl / AlCl3 / 1-chlorooctane, no clear trend was obvious that higher concentrations of the promoter 1-chlorooctane resulted in increased n-octane conversions for the SCILL system. The iso-octane selectivities exhibited also no recognizable trend if the alkyl halide was added. Different analytical techniques were applied to prove the stability of the SCILL catalysts under reaction conditions. The stability of the SCILL systems was also reflected in the recycling experiments. Almost constant iso-octanes selectivities and slightly decreasing n-octane conversions with every recycling run are the results of three catalytic runs in a row with the same SCILL system. Further, a comparison between the whole product spectra, which consisted of 4 ≤ C ≤ 10, and RON calculations of a SCILL and monofunctional acidic ionic liquid based catalyzed n octane isomerization was conducted. A positive effect on n-octane conversion and on the selectivity for iso-octanes was also observed when the bifunctional catalyst, PtCl2 or PtCl4 in combination with a highly Lewis acidic ionic liquid, and hydrogen was applied in a multiphase reaction system at 373 K. XRD analysis proved the in situ formation of Pt nanoparticles in the chloroaluminate ionic liquid under hydrogen atmosphere. Comparative experiments for all four catalytic systems (uncoated acidic ionic liquid, SILP, SCILL and Pt nanoparticles) in the n-octane isomerization under hydrogen or helium atmosphere without any alkyl halide addition were carried out at 373 K. Bifunctional and monofunctional systems revealed different reaction pathways.
Systemkonzept für Front-End und Frequenzsynthese im Kontext von breitbandiger Funküberwachung
(2013)
Die vorliegende Arbeit zeigt am Beispiel ausgesuchter Funktionsmodule Methoden auf, die Komplexität von analogen Empfängerzügen etablierter COMINT 1 -Sensoren zu mi nimieren. Dies erfolgt hinsichtlich Formfaktor, Kosten und Implementierungsaufwand, wobei die erforderliche Grundfunktionalität eines solchen Systems gewährleistet sein muss. Diese Grundfunktionalität betreffend Eingangsfrequenzbereich, Echtzeitbandbreite und Einschwingzeit orientiert sich dabei am Stand der Technik ausgewählter COMINT-Empfängersysteme. Mit den Erkenntnissen dieser Arbeit werden Ansätze geliefert, die zur Erschließung eines neuen Marktsegments im Bereich der Funküberwachung führen. Gerade im Bereich der Überwachung von Grenzgebieten, welche sich über mehrere 100 Kilometer erstrecken können, ist auf Grund der Vielzahl an Sensoren der Einsatz von kosteneffektiven Systemen von besonderer Bedeutung. Eine der größten Herausforderungen bei der Realisierung breitbandiger Funküberwachungssysteme liegt in der Qualität der eingesetzten Module zur Frequenzsynthese. Daher werden im Rahmen dieser Arbeit neben Untersuchungen bezüglich der optimalen Empfängertopologie und deren Dimensionierung insbesondere Aspekte der Frequenzsynthese behandelt. Dabei werden sowohl Untersuchungen zur Referenztaktverteilung, als auch zu Modulen für die Synthese breitbandiger LO 2 -Signale durchgeführt. Auf der Basis einer aktiven Referenztaktverteilung konnte ein Modul zur LO-Generierung entwickelt werden, welches einen Frequenzbereich von einer Oktave abdeckt und dabei im Performanzvergleich entsprechenden kommerziellen Synthesizermodulen überlegen ist. Die messtechnische Charakterisierung des im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Empfängersystems zeigt, dass die resultierenden Eigenschaften trotz der kompakten Bauweise in der Größenordnung aktueller COMINT-Systeme liegen.
Die Messaufgaben heutiger dimensioneller Mikro- und Nanomesstechnik sind geprägt von zunehmend sinkenden Strukturgrößen und Bauteilabmessungen bei zugleich zunehmender Dreidimensionalität. Dies umfasst stark gekrümmte Oberflächen von Schneidkanten an Werkzeugen, optische Linsen und Mikrolinsenarrays oder auch funktionale Oberflächen. Bestehende Sensorik ist im erfassbaren Oberflächenwinkelbereich begrenzt, was zu steigender Messabweichung und nicht erfassten Punkten führt. Der bestehende Ansatz zur Steigerung des erfassbaren Winkels, eine Datenfusion aus mehreren Messungen mit unterschiedlichen Sensorneigungen, ist zeitaufwändig und bringt zusätzliche Unsicherheitsbeiträge. Andere Verfahren, wie die Dekonvolution sind in ihrer Effektivität begrenzt. Die vorliegende Arbeit zeigt ein Verfahren zur Steigerung des erfassbaren Oberflächenwinkelbereichs und der Vermeidung der Nachteile bestehender Ansätze. Es basiert auf der Rotation eines Sensors um seinen Antastpunkt während der Messung. Durch Nachführung des Arbeitswinkels, abhängig von der lokalen Oberflächenneigung, wird der Sensor stets im optimalen Arbeitswinkel betrieben und winkelbedingte Messabweichung wird vermieden. Das Verfahren erhöht den effektiv erfassbaren Oberflächenwinkel und erlaubt 1D Sensoren für 3D Messungen zu nutzen. Die Sensornachführung wurde theoretisch in einer Simulationsumgebung und praktisch unter Anwendung eines Nanopositionier- und Nanomessgeräts realisiert und untersucht. Die Genauigkeit einer entwickelten Rotationskinematik wurde durch ein in-situ Kalibrierkonzept auf Basis eines Sensors mit elektrischer Nahfeldwechselwirkung gesteigert und die Wirksamkeit der Nachführung verifiziert.