@phdthesis{Lotter2020,
  author    = {Lotter, Frank},
  title     = {Spurenelemente in Al-Cu(-Mg)-Legierungen - in-situ Untersuchungen zum Einfluss konservierter Leerstellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-21391},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-213914},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Aluminium-Kupfer-Legierungen des Typs 2xxx erhalten ihre Festigkeit w{\"a}hrend der Auslagerung an Raumtemperatur oder erh{\"o}hter Temperatur - auch Alterung genannt - durch die Bildung kupferhaltiger Ausscheidungen. Gr{\"o}ße, r{\"a}umliche Verteilung und Kristallstruktur dieser Ausscheidungen sind maßgeblich f{\"u}r die mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen. Die Zugabe geringer Mengen (100 ppm) an Elementen wie In oder Sn kann das Ausscheidungsverhalten und damit auch die mechanischen Eigenschaften des Systems stark ver{\"a}ndern. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit dem Einfluss dieser Spurenelemente auf die Ausscheidungsbildung in Al-Cu(-Mg)-Legierungen und der damit verbundenen Ver{\"a}nderung der Festigkeit. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der in-situ Charakterisierung der vorherrschenden Ausscheidungen und deren Kinetik, welche durch die Interaktion der Spurenelemente mit den eingeschreckten Leerstellen signifikant beeinflusst wird. Ziel ist es, ein fundamentales Verst{\"a}ndnis der zugrundeliegenden Mechanismen zu erlangen. Durch den Einsatz vieler komplement{\"a}rer Methoden wie Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC), in-situ R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie (XAFS) und in-situ R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) kann ein umfassendes Bild der vorherrschenden Prozesse gewonnen werden. Als unterst{\"u}tzende Messmethoden dienen Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Positronenlebensdauerspektroskopie (PALS) bzw. Dopplerspektroskopie (DBS). Um die Eigenschaften der Spurenelemente in Bezug auf L{\"o}slichkeit und Wechselwirkung mit Leerstellen in der Aluminiummatrix zu charakterisieren, werden zun{\"a}chst bin{\"a}re Aluminium- Spurenelement-Legierungen untersucht. Die ausgew{\"a}hlten Elemente (Bi, In, Pb, Sb, Sn) weisen alle eine, nach ab-intio Rechnungen, hohe Bindungsenergie zu Leerstellen auf. Man stellt nur bei In und Sn eine signifikante Bindung zu Leerstellen fest, da aufgrund der geringen L{\"o}slichkeiten von Bi, Pb und Sb keine f{\"u}r den Nachweis ausreichende Anzahl an Leerstellen gebunden werden. Die gel{\"o}sten In- und Sn-Atome bilden mit den eingeschreckten Leerstellen sogenannte Komplexe, welche thermisch bis ca. 150 � C stabil sind. Die so konservierten Leerstellen k{\"o}nnen dann in einem komplexen Prozess durch Erw{\"a}rmen der Legierung freigesetzt werden und tragen dadurch zur Diffusion bei. Grunds{\"a}tzlich ist der Transport von Legierungsatomen in Aluminiumlegierungen weitestgehend durch die verf{\"u}gbaren thermischen sowie eingeschreckten Leerstellen gesteuert. Durch die Bindung der Leerstellen an die Spurenelementatome in den tern{\"a}ren Al-Cu-X-Legierungen stehen nur noch wenige Leerstellen f{\"u}r den Cu-Transport zur Verf{\"u}gung und man beobachtet eine Unterdr{\"u}ckung des Entmischungsprozesses bei Raumtemperatur. Lagert man die Legierungen bei erh{\"o}hter Temperatur (z.B. 150 � C) aus, werden Leerstellen aus den Spurenelement- Leerstellen-Komplexen freigesetzt, was zu einer Bildung der metastabilen q0-Phase bei deutlich erniedrigter Temperatur f{\"u}hrt. Die kleinen und homogen verteilten Ausscheidungen steigern die Festigkeit der Legierung deutlich. Durch die Zugabe von Mg zum Al-Cu-Legierungssystem beschleunigt und verst{\"a}rkt man die Entmischung der Legierungsatome bei Raumtemperatur. Ursache ist die rasche Bildung von thermisch stabilen Cu-Mg-Clustern, die f{\"u}r eine effektive Blockierung der Versetzungsbewegung im Kristallgitter - und damit f{\"u}r eine Erh{\"o}hung der Festigkeit - sorgen. Die Zugabe von In oder Sn zu einer Al-Cu-Mg-Legierung hat {\"u}berraschenderweise keinen Einfluss auf die Ausscheidungsbildung bei Raumtemperatur. Gr{\"u}nde hierf{\"u}r k{\"o}nnten zum einen in der durch Mg herabgesetzten L{\"o}slichkeit der In- bzw. Sn-Atome liegen. Zum anderen k{\"o}nnte die zahlreiche Bildung von Cu-Mg-Leerstellen-Komplexen in Konkurrenz zum Bindungseffekt der Spurenelementatome stehen. Auch bei erh{\"o}hter Temperatur l{\"a}sst sich kein nennenswerter Einfluss von In oder Sn, beispielsweise durch bevorzugte Bildung der h{\"a}rtenden S-Phase, beobachten.},
  subject      = {Aluminiumlegierung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schug2021,
  author    = {Schug, Benedikt},
  title     = {Untersuchungen zur Ursache und Beeinflussung des Kriechverhaltens von Gips},
  doi       = {10.25972/OPUS-24650},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-246503},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {In dieser Arbeit konnte ein weiterer und m{\"o}glicherweise entscheidender Schritt zur Aufkl{\"a}rung des Kriechmechanismus von Gips gemacht und darauf aufbauend Kriterien, Wege und Strategien aufgezeigt werden, um neue Antikriechmittelsubstanzen zu identifizieren oder vorhandene Kriechmittel gezielt zu verbessern. Die G{\"u}ltigkeit und Praxistauglichkeit der Kriterien wurde exemplarisch nachgewiesen. Die Basis der Untersuchungen wurde gelegt mit der Errichtung standardisierter Messaufbauten und Verfahren sowie Parameterauswahl f{\"u}r eine beschleunigte und reproduzierbare Darstellung des Kriechph{\"a}nomens, wobei zun{\"a}chst im Abgleich sichergestellt wurde, dass das beschleunigte Ph{\"a}nomen mit dem langsam {\"u}ber einen Zeitraum von Jahren erzeugten Ph{\"a}nomen deckungsgleich ist. Darauf aufbauend wurden innovative Untersuchungsmethoden entwickelt, um das Kriechverhalten zu charakterisieren und qualitativ sowie quantitativ zu analysieren. Hierzu wurde zun{\"a}chst ein Aufbau und eine Messroutine entwickelt und eingef{\"u}hrt, um morphologische Ver{\"a}nderungen w{\"a}hrend des Kriechvorgangs im Rasterelektronenmikroskop nachzuverfolgen. Im Weiteren wurden Versuchsaufbauten f{\"u}r statische 3-Punkt-Biegeversuche in verschiedenen L{\"o}sungen realisiert und diese ergebnisabh{\"a}ngig optimiert. Hierdurch konnte der Einfluss der L{\"o}slichkeit von Gips in den entsprechenden Medien auf das Kriechverhalten untersuchen werden. Mittels Laserscanning-Mikroskop wurden wiederum diese Ergebnisse untermauert. Als vorherrschender Kriechmechanismus von Gips wurde damit das Abgleiten einzelner Gipskristalle bedingt durch einen L{\"o}sungs-Abscheide-Mechanismus an Orten hoher mechanischer Belastung identifiziert und best{\"a}tigt.},
  subject      = {Rauchgasgips},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Emmert2023,
  author    = {Emmert, Martin},
  title     = {The Influence of Substrate Micro- and Nanotopographies on Essential Cell Functions},
  doi       = {10.25972/OPUS-32779},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-327796},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The introduction of novel bioactive materials to manipulate living cell behavior is a crucial topic for biomedical research and tissue engineering. Biomaterials or surface patterns that boost specific cell functions can enable innovative new products in cell culture and diagnostics. This study aims at investigating the interaction of living cells with microstructured, nanostructured and nanoporous material surfaces in order to identify distinct systematics in cell-material interplay. For this purpose, three different studies were carried out and yielded individual effects on different cell functions. Cell migration processes are controlled by sensitive interaction with external cues such as topographic structures of the cell's environment. The first part of this study presents systematically controlled assays to investigate the effects of spatial density and local geometry of micron scale topographic cues on amoeboid migration of Dictyostelium discoideum cells in quasi-3D pillar fields with systematic variation of inter-pillar distance and pillar lattice geometry. We can extract motility parameters in order to elucidate the details of amoeboid migration mechanisms and consolidate them in a two-state contact-controlled motility model, distinguishing directed and random phases. Specifically, we find that directed pillar-to-pillar runs are found preferably in high pillar density regions, and cells in directed motion states sense pillars as attractive topographic stimuli. In contrast, cell motion in random probing states is inhibited by high pillar density, where pillars act as obstacles for cell motion. In a gradient spatial density, these mechanisms lead to topographic guidance of cells, with a general trend towards a regime of inter-pillar spacing close to the cell diameter. In locally anisotropic pillar environments, cell migration is often found to be damped due to competing attraction by different pillars in close proximity and due to lack of other potential stimuli in the vicinity of the cell. Further, we demonstrate topographic cell guidance reflecting the lattice geometry of the quasi-3D environment by distinct preferences in migration direction. We further investigate amoeboid single-cell migration on intrinsically nano-structured, biodegradable silica fibers in comparison to chemically equivalent plain glass surfaces. Cell migration trajectories are classified into directed runs and quasi-random migration by a local mean squared displacement (LMSD) analysis. We find that directed movement on silica fibers is enhanced in a significant manner by the fibers' nanoscale surface-patterns. Further, cell adhesion on the silica fibers is a microtubule-mediated process. Cells lacking microtubules detach from the fibers, but adhere well to glass surfaces. Knock-out mutants of myosin II migrating on the fibers are as active as cells with active myosin II, while the migration of the knock-out mutants is hindered on plain glass. We investigate the influence of the intrinsically nano-patterned surface of nanoporous glass membranes on the behavior of mammalian cells. Three different cell lines and primary human mesenchymal stem cells (hMSCs) proliferate readily on nanoporous glass membranes with mean pore sizes between 10 nm and 124 nm. In both proliferation and mRNA expression experiments, L929 fibroblasts show a distinct trend towards mean pore sizes > 80 nm. For primary hMSCs, excellent proliferation is observed on all nanoporous surfaces. hMSC on samples with 17 nm pore size display increased expression of COL10, COL2A1 and SOX9, especially during the first two weeks of culture. In upside down culture, SK MEL-28 cells on nanoporous glass resist the gravitational force and proliferate well in contrast to cells on flat references. The effect of paclitaxel treatment of MDA MB 321 breast cancer cells is already visible after 48 h on nanoporous membranes and strongly pronounced in comparison to reference samples. The studies presented in this work showed novel and distinct effects of micro- and nanoscale topographies on the behavior of various types of living cells. These examples display how versatile the potential for applications of bioactive materials could become in the next years and decades. And yet this variety of different alterations of cell functions due to topographic cues also shows the crucial part of this field of research: Carving out distinct, robust correlations of external cues and cell behavior is of utmost importance to derive definitive design implications that can lead to scientifically, clinically and commercially successful products.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Daubinger2024,
  author    = {Daubinger, Philip},
  title     = {Electrochemical and Mechanical Interplay of State-of-the-Art and Next-Generation Lithium-Ion Batteries},
  doi       = {10.25972/OPUS-35125},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-351253},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {The demand for LIB with enhanced energy densities leads to increased utilization of the space within the confinements of the battery housing or to the use of electrode material with increased intrinsic specific energy densities. Both requirements result in more stress on the battery electrodes and separator during cycling or aging. However, the effect of mechanical strain on the cell's electrochemistry and thus the performance of batteries is rather unexplored compared to the impact of current or temperature, for example. The objective of this thesis was to give a better understanding of the electrochemical and mechanical interplay in current- and next-generation lithium based battery cells. Therefore, the thesis was structured into the investigations on SoA and next-generation LIBs. For SoA LIBs, the investigations of the interplay started at laboratory scale. Here, the expansion of various electrodes and also the impact of mechanical pressure and its distribution on the performance of the cells were studied. The investigations at laboratory scale was followed by an examination of the electrochemical and mechanical interactions on large format commercial LIBs which are used in BEVs. Accordingly, the effect of bracing and its effect on the performance was studied in an aging and post-mortem study. To gain a deeper understanding of the mechanical changes in LIBs, an ultrasonic study was performed for pouch cells. Here, the mechanical changes were further investigated in dependence of SoC and SoH. The effects of the mechanical stress on the performance for next-generation batteries were studied at laboratory scale. In the beginning, the expansion of next-generation anode materials such as silicon and lithium was compared with today's anode materials. Furthermore, the effect of mechanical pressure and electrolyte on the irreversible dilation and performance was investigated for lithium metal cells. Overall, it was shown that pressure has a significant effect on the performance of today's and also future LIBs. The interplay of the electrochemical and mechanical effects inside a LIB has a considerable impact on the lifetime, capacity fading and impedance increase of the batteries.},
  subject      = {Lithium-Ionen-Akkumulator},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wenderoth2024,
  author    = {Wenderoth, Sarah},
  title     = {Synthesis and characterization of shear stress indicator supraparticles},
  doi       = {10.25972/OPUS-35281},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-352819},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {The detection of smallest mechanical loads plays an increasingly important role in many areas of advancing automation and manufacturing technology, but also in everyday life. In this doctoral thesis, various microparticle systems were developed that are able to indicate mechanical shear stress via simple mechanisms. Using a toolbox approach, these systems can be spray-dried from various nanoscale primary particles (silica and iron oxide) to micrometer-sized units, so-called supraparticles. By varying the different building blocks and in combination with different dyes, a new class of mechanochromic shear stress indicators was developed by constructing hierarchically structured core-shell supraparticles that can indicate mechanical stress via an easily detectable color change. Three different mechanisms can be distinguished. If a signal becomes visible only by a mechanical load, it is a turn-on indicator. In the opposite case, the turn-off indicator, the signal is switched off by a mechanical load. In the third mechanism, the color-change indicator, the color changes as a result of a mechanical load. In principle, these indicators can be used in two different ways. First, they can be incorporated into a coating as an additive. These coatings can be applied to a wide range of products, including food packaging, medical devices, and generally any sensitive surface where mechanical stress, such as scratches, is difficult to detect but can have serious consequences. Second, these shear stress indicators can also be used directly in powder form and for example then applied in 3D-printing or in ball mills. A total of six different shear stress indicators were developed, three of which were used as additives in coatings and three were applied in powder form. Depending on their composition, these indicators were readout by fluorescence, UV-Vis or Magnetic Particle Spectroscopy. The development of these novel shear stress indicator supraparticles were successfully combined molecular chemistry with the world of nano-objects to develop macroscopic systems that can enable smart and communicating materials to indicate mechanical stress in a variety of applications.},
  subject      = {Nanopartikel},
  language  = {en}
}