Masterarbeiten und Dissertationen

Auf dieser Seite finden Sie eine Übersicht über die aktuell in der Gruppe angebotenen und laufenden Masterarbeiten und Dissertationen.

Betreut durch Herwig Peterlik

Laufend: Das Temperaturverhalten der elastischen Eigenschaften von Kohlenstofffasern

Ziel dieser Doktorarbeit ist die Bestimmung der elastischen Eigenschaften von Kohlenstofffasern bei Temperaturen bis 2000°C. Ihr kleiner Durchmesser (ca. 10 µm) stellt eine ziemlich herausfordernde Situation für die Bestimmung ihrer Temperatur dar. Die Schwierigkeit bei der Messung der lateralen Dehnung liegt in den winzigen Änderungen des Durchmessers, von denen erwartet wird, dass sie im Bereich einiger nm liegen. Daher ist es notwendig, neue Messgeräte für Temperatur und seitliche Dehnung zu entwickeln und dann zu bauen.

Laufend: Relaxation und Erholung von biologischen Fasern mit Fokus auf Haaren

In Rahmen dieser Masterarbeit wird das Relaxationverhalten von biologischen Fasern, so wie z.B. Haar, eine mögliche Erholung auf verschiedenen Dehnstufen und die Korrelation zu strukturellen Eigenschaften, die mit Small Angle Röntgen Diffraktion (SAXS) gemessen werden, untersucht.

Haare bestehen auf Keratin Filamenten mit einem typischen Abstand von 8 nm, was in einer für SAXS optimalen Größenordnung liegt. Eine Anzahl anderer Parameter, wie der Bi-Layer Abstand der Lipide, können ebenso mit SAXS gemessen werden. Es wird vorhergesagt, daß wenn das Material stark gedehnt wird, ein Übergang der Struktur von alpha-Helices zu beta-Sheets stattfindet /z.B. 1/. Eine Änderung des Streusignals, das mit SAXS gemessen werden kann, führte zu der Hypothese dieses Übergangs, aber das genaue Verhalten ist noch Thema wissenschaftlicher Diskurse. Meßdaten zu dem Erholungsverhalten und der Relaxation bei Biegung von Haaren in Abhängigkleit von der Luftfeuchtigkeit ist verfügbar /2/, aber der Zusammenhang der mechanischen Parameter mit der Struktur von Haaren fehlt immer noch.

In dieser Arbeit wird Haar verschieden stark gedehnt und sowohl die makroskopische Erholung (über die aufgenommenen Spannungs-Dehnungs Kurven) als auch die nanoskopische Erholung (über die Rückentwicklung des Röntgenstreusignals zusammen mit der Zeitkonstante) verfolgt. Wenn möglich sollen die Versuche in-situ erfolgen. Das könnmte aber durch die im Labor verfügbare Intensität der Röntgenstrahlung beschränkt werden. Eine Möglichkeit dieses Problem zu umgehen ist eine größere Anzahl von Haaren gleichzeit zu verwenden. Die Zeit-abhängigen Lastversuche sollten es ermöglichen nicht nur Informationen über die Verformung auf den unterschiedlichen Skalen zu bekommen, sondern auch Einsichten in mögliche Selbstheilungsmechanismen, die die ursprüngliche Struktur durch Neufaltung wiederherstellen können.

/1/ W.T. Astbury and H.J. Woods, Nature 126 (1930) 913-914.
/2/ F.J.Wortmann, M. Stapels, and L. Chandra. J. Appl. Polym. Sci. 113 (2009) 3336-3344.

Laufend: Messung der Querdehnung von technischen und biologischen Fasern

Technische Fasern, wie sie beispielsweise in Verbundsstoffen oder Textilien zum Einsatz kommen, werden synthetisch hergestellt und unterscheiden sich daher in ihrem chemischen und strukturellen Aufbau sowie in vielen mechanischen Eigenschaften von natürlichen Fasern. Unter natürlichen Fasern sind zum einen pflanzliche Fasern wie Baumwolle, Flachs, Jute oder Hanf, zum anderen aber auch tierische Fasern wie zum Beispiel Haare oder auch Wolle und Seide zu verstehen. So weisen natürliche Fasern üblicherweise ein höheres Maß an Variabilität in ihren mechanischen Eigenschaften auf als künstliche Fasern. Hierzu gehören der Durchmesser, der Querschnitt, die Oberflächenbeschaffenheit und die Festigkeit. Elementare Flachsfasern besitzen beispielweise eine höhere Zugfestigkeit als technische Fasern.

Die mechanischen Eigenschaften von Fasern werden unter anderem durch die Dehnung bestimmt, wobei die Längsdehnung entlang der Belastungsrichtung gemessen wird und die Querdehnung senkrecht zu dieser. Die Messung der Querdehnung von Fasern erweist sich aufgrund des geringen Durchmessers der Fasern und der damit verbundenen kleinen Dehnungen oder aufgrund inhomogener Beschaffenheiten jedoch als schwierig; während es für die Bestimmung der Längsdehnung bereits allgemein verwendete standardisierte Verfahren gibt, ist die Querdehnung noch relativ unerschlossen. Deshalb soll in dieser Masterarbeit die Querdehnung verschiedener biologischer und technischer Fasern untersucht werden. Falls Anderungen in der Querdehnung auftreten, sollen begleitende Untersuchungen wie Röntgenkleinwinkelstreuung oder Rasterelektronenmiskroskopie durchgeführt werden, um die strukturellen Ursachen hierfür zu bestimmen. Dies könnte insbesondere im Hochbelastungsbereich (Spannungs-Dehungs-Kurven bis zum Bruch) der Fall sein. Da viele Fasern nicht rund sind, sondern einen elliptischen Querschnitt aufweisen, werden die Experimente an einer neu entwickelten Zugmaschine durchgeführt, bei der die Spannbacken symmetrisch rotieren, womit der Querschnitt sowie dessen Anderung während der Versuchsdurchführung gemessen werden können. Das Verfahren soll im Rahmen dieser Masterarbeit durch Anwendung auf verschiedene Fasern weiter untersucht werden.

Durch diese Untersuchungen soll ein umfassender Einblick in die Struktur der Fasern unter mechanischer Belastung gewonnen werden. Zudem sollen die Dehnungs- und Struktureigenschaften von natürlichen und künstlichen Fasern verglichen werden, um Möglichkeiten der Charakterisierung von Fasern oder anwendungsrelevanten Fragestellungen nachzugehen, da in vielen industriellen Bereichen nach Alternativen gesucht wird, künstliche Fasern durch natürliche zu ersetzen, da diese beispielsweise eine geringere Dichte als technische Fasern aufweisen und zudem biologisch abbaubar sind.

Laufend: Simulation der Schwingungsmoden von Festkörpern

Die verschiedenen Moden sollten visualisiert werden, um diese mit experimentell gemessenen Schwingungen von Tetraedern und Kugeln zu vergleichen, die bei verschiedenen Resonanzfrequenzen erhalten werden. Aus einer erfolgreichen Zuordnung von Mode und Resonanzfrequenz erhält man die elastischen Eigenschaften des Materials.

Laufend: Hochtemperaturmessung von SiC Fasern mit Röntgenkleinwinkelstreuung

Die Kinetik der Strukturänderung von Siliziumkarbidfasern sollte mit Röntgenkleinwinkelstreuung gemessen werden. Elektronenmikroskopische Aufnahmen des Materials ergänzen die Strukturuntersuchungen.

Betreut durch Erhard Schafler

Laufend: Optimierung von nanostrukturiertem Nickel durch Tempern bei hohen Temperaturen

Ziel dieser Arbeit ist es, den Unterschied zwischen dem Tempern bei Atmosphärendruck und dem Hochdruckglühen bei gleicher Temperatur und Änderungen im Rekristallisationsprozess zu untersuchen.

Unser Material der Wahl sind Ni-Scheiben mit einem Radius von 5 mm, die durch Hochdrucktorsion (HPT) verformt werden. Für die HPT-Verarbeitung werden die Proben 5 Umdrehungen unterzogen. Wir unterscheiden zwischen zwei Anfangsbedingungen nach der HPT-Verformung. "Entlastet" bedeutet, dass der hydrostatische Druck abgelassen und die Probe dann vor der Wärmebehandlung erneut belastet wurde. "Unter Last" bedeutet, bei denen der Druck nicht abgelassen, sondern nur verringert wurde.

Die HPT-verarbeiteten Proben werden anschließend unter verschiedenen Temperaturen und Drücken geglüht. Jede Messreihe wurde bei einer Temperatur und einem Druck durchgeführt. Als Referenz ist das Atmosphärendruckglühen in jeder Messreihe enthalten, die in einem Differentialscanningkalorimeter (DSC) ausgeführt wird.

Zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften wird eine Mikrohärtemessung durchgeführt und die Korngröße durch SEM-Messungen analysiert.

Betreut durch Bodgan Sepiol

Verfügbar: Nahordnung in kristallinen Strukturen

Mit einem Röntgenstrahlungsdetektor mit guter Energieauflösung von ca. 200 eV wird die diffus gestreute Intensität an intermetallischen Kristallen (Ni-Al, Fe-Al) gemessen. Die gewonnene Streufunktion wird mit einem simulierten Kristallmodel verglichen und liefert damit Informationen über die Nahordnung der Atome in den untersuchten Strukturen.

Verfügbar: Simulation intermetallischen Phasen und Ionengläser

Elementare Sprünge in geordneten intermetallischen Phasen und in amorphen Gläsern können mittels Röntgenkorrelationsspektroskopie (XPCS) untersucht werden. Das zentrale Problem stellt dabei die Anpassung eines bestimmten Nahordnung-Models. Die Aufgabe ist, mit in der Literatur vorhandenen bzw. neu entwickelten interatomaren Potenzialen Nahordnung zu simulieren und mit der Streumessung zu vergleichen. Dieses Problem soll im Rahmen einer Masterarbeit geklärt werden. Die Grundkenntnisse der Programmierung sind bei dieser Arbeit gewünscht um benötigte Software selbst zu schreiben.

Verfügbar: Photokorrelationsspektroskopische Untersuchungen der Diffusion unter Einwirkung von treibenden Kräften

Die grundlegende Idee hinter der Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS) beruht darauf, die zeitlichen Fluktuationen der gestreuten Intensität zu messen. Diese Informationen geben Auskunft über die Diffusion bzw. Teilchengrößen in der Probe. Normalerweise wird dieser Effekt, sg. Brownsche Diffusion, im thermodynamischen Gleichgewicht untersucht. Es ist sehr viel komplizierter diese Informationen in Systemen unter Einwirkung treibenden Kräften, wie z.B. Gravitation oder elektrische Felder, zu extrahieren. Die Entwicklung der Messtechnik und PCS Theorie ist die Aufgabe dieser Arbeit.