TY  - THES
A1  - Lysyakova, Liudmila
T1  - Interaction of azobenzene containing surfactants with plasmonic nanoparticles
T1  - Wechselwirkung zwischen Azobenzol-haltigen Tensiden und plasmonischen Nanoteilchen
N2  - The goal of this thesis is related to the question how to introduce and combine simultaneously plasmonic and photoswitching properties to different nano-objects. In this thesis I investigate the complexes between noble metal nanoparticles and cationic surfactants containing azobenzene units in their hydrophobic tail, employing absorption spectroscopy, surface zeta-potential, and electron microscopy. 
In the first part of the thesis, the formation of complexes between negatively charged laser ablated spherical gold nanoparticles and cationic azobenzene surfactants in trans- conformation is explored. It is shown that the constitution of the complexes strongly depends on a surfactant-to-gold molar ratio. At certain molar ratios, particle self-assembly into nanochains and their aggregation have been registered. At higher surfactant concentrations, the surface charge of nanoparticles turned positive, attributed to the formation of the stabilizing double layer of azobenzene surfactants on gold nanoparticle surfaces. These gold-surfactant complexes remained colloidally stable. UV light induced trans-cis isomerization of azobenzene surfactant molecules and thus perturbed the stabilizing surfactant shell, causing nanoparticle aggregation. The results obtained with silver and silicon nanoparticles mimick those for the comprehensively studied gold nanoparticles, corroborating the proposed model of complex formation.
In the second part, the interaction between plasmonic metal nanoparticles (Au, Ag, Pd, alloy Au-Ag, Au-Pd), as well as silicon nanoparticles, and cis-isomers of azobenzene containing compounds is addressed. Cis-trans thermal isomerization of azobenzenes was enhanced in the presence of gold, palladium, and alloy gold-palladium nanoparticles. The influence of the surfactant structure and nanoparticle material on the azobenzene isomerization rate is expounded. Gold nanoparticles showed superior catalytic activity for thermal cis-trans isomerization of azobenzenes. In a joint project with theoretical chemists, we demonstrated that the possible physical origin of this phenomenon is the electron transfer between azobenzene moieties and nanoparticle surfaces. 
In the third part, complexes between gold nanorods and azobenzene surfactants with different tail length were exposed to UV and blue light, inducing trans-cis and cis-trans isomerization of surfactant, respectively. At the same time, the position of longitudinal plasmonic absorption maximum of gold nanorods experienced reversible shift responding to the changes in local dielectric environment. Surface plasmon resonance condition allowed the estimation of the refractive index of azobenzene containing surfactants in solution.
N2  - Das Ziel dieser Arbeit ist mit der Fragestellung verwandt, wie plasmonische und photoschaltende Eigenschaften in Nano-Objekten simultan herbeigeführt und kombiniert werden können. Diese Arbeit untersucht Komplexe aus Edelmetall-Nanoteilchen und kationischen Tensiden, deren hydrophober Teil Azobenzol enthält, mithilfe von Absorptionsspektroskopie, Oberflächen-Zeta-Potentialen und Elektronenmikroskopie.
Im Teil 1 wird die Bildung von Komplexen aus negativ geladenen, Laser ablatierten, sphärischen Goldnanopartikeln und kationischen Azobenzol-haltigen Tensiden in trans-Konfiguration untersucht. Es wird gezeigt, dass die Zusammensetzung des Komplexes stark vom Tensid-Gold Molverhältnis abhängt. Bei bestimmten Molverhältnissen wurde beobachtet, dass sich die Partikel selbst zu Nanoketten zusammensetzten und aggregieren. Bei höheren Tensid-Konzentrationen wurde die Oberflächen-Ladung der Nanopartikel positiv, erklärt durch das Formen einer stabilen Doppel-Schicht von azobenzolhaltigen Tensiden auf der Gold-Oberfläche. Diese Gold-Tensidkomplexe bleiben kolloidal stabil. UV-Licht induziert eine Trans-Cis Isomerisation von Azobenzoltensidmolekülen und stört somit die stabilisierenden Tensidhüllen, welche die Nanopartikelaggregation bewirken. Die Ergebnisse der Silber- und Silikonnanopartikel decken sich mit den Ergebnissen der ausführlich untersuchten Goldnanopartikel, was den vorgeschlagenen Mechanismus der Komplexbildung bekräftigt.
Im Teil 2 wird die Wechselwirkung zwischen plasmonischen Metallnanopartikeln und Cis-Isomeren der Azobenzol beinhaltenden Verbindungen adressiert. Die Studie beinhaltet Gold, Silber, Palladium, Gold-Silber und Gold-Palladium Legierungen, und außerdem Silikonnanopartikel, und eine Serie von Azobenzol-Derivaten. Cis-Trans thermale Isomerisation von Azobenzolen wurde verbessert in der Gegenwart von Gold, Palladium und Gold-Palladium legierten Nanopartikeln. Der Einfluss der Tensidstruktur und Nanopartikelmaterialien auf die Isomerisationsrate wird erläutert. Goldnanopartikel zeigen eine hervorragende katalytische Aktivität für die thermale Cis-Trans Isomerisation von Azobenzolen. In einem gemeinsamen Projekt mit Theoretischen Chemikern haben wir demonstriert, dass ein möglicher Mechanismus der Elektronentransfer von der absorbierten Azobenzolhälfte zur Goldoberfläche ist.
Im Teil 3 werden die Komplexe zwischen Goldnanostäbchen und Azobenzol-haltigen Timethylammoniumbromide mit verschiedenen Endlängen UV-Licht und blauem Licht ausgesetzt, was eine Trans-Cis und Cis-Trans Isomerisation von Tensiden induziert. Zur gleichen Zeit erfährt das longitudinale plasmonische Absorptionsmaximum von Goldnanostäbchen eine reversible Verschiebung als Reaktion auf die Änderungen in der lokalen dielektrischen Umgebung. Die Oberflächenplasmonenresonanzbedingung erlaubte die Bestimmung des Brechungsindex von Azobenzol-haltigen Tensiden in wässeriger Lösung.
KW  - azobenzene surfactant
KW  - Azobenzol-haltiges Tensid
KW  - plasmon nano-particles
KW  - plasmonische Nanopartikeln
KW  - catalytic azobenzene isomerization
KW  - katalytische Isomerisation von Azobenzolen
KW  - azobenzene refractive index
KW  - Brechungsindex von Azobenzol-haltigen Tensiden
KW  - азобензолсодержащие ПАВ
KW  - плазмонные наночастицы
KW  - каталитическая изомеризация азобензолов
KW  - показатель преломления азобензолов
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-403359
ER  - 
TY  - THES
A1  - Qiu, Xunlin
T1  - Ferroelectrets: heterogenous polymer electrets with high electromechanical response
T1  - Ferroelektrete: heterogene Polymer-Elektrete mit großen elektromechanischen Effekten
N2  - Ferroelectrets are internally charged polymer foams or cavity-containing polymer-_lm systems that combine large piezoelectricity with mechanical flexibility and elastic compliance. The term “ferroelectret” was coined based on the fact that it is a space-charge electret that also shows ferroic behavior. In this thesis, comprehensive work on ferroelectrets, and in particular on their preparation, their charging, their piezoelectricity and their applications is reported.
For industrial applications, ferroelectrets with well-controlled distributions or even uniform values of cavity size and cavity shape and with good thermal stability of the piezoelectricity are very desirable. Several types of such ferroelectrets are developed using techniques such as straightforward thermal lamination, sandwiching sticky templates with electret films, and screen printing. In particular, uoroethylenepropylene (FEP) _lm systems with tubular-channel openings, prepared by means of the thermal lamination technique, show piezoelectric d33 coefficients of up to 160 pC/N after charging through dielectric barrier discharges (DBDs) . For samples charged at suitable elevated temperatures, the piezoelectricity is stable at temperatures of at least 130°C. These preparation methods are easy to implement at laboratory or industrial scales, and are quite flexible in terms of material selection and cavity geometry design. Due to the uniform and well-controlled cavity structures, samples are also very suitable for fundamental studies on ferroelectrets.
Charging of ferroelectrets is achieved via a series of dielectric barrier discharges (DBDs) inside the cavities. In the present work, the DBD charging process is comprehensively studied by means of optical, electrical and electro-acoustic methods. The spectrum of the transient light from the DBDs in cellular polypropylene (PP) ferroelectrets directly confirms the ionization of molecular nitrogen, and allows the determination of the electric field in the discharge. Detection of the light emission reveals not only DBDs under high applied voltage but also back discharges when the applied voltage is reduced to sufficiently low values. Back discharges are triggered by the internally deposited charges, as the breakdown inside the cavities is controlled by the sum of the applied electric field and the electric field of the deposited charges. The remanent effective polarization is determined by the breakdown strength of the gas-filled cavities. These findings form the basis of more efficient charging techniques for ferroelectrets such as charging with high-pressure air, thermal poling and charging assisted by gas exchange. With the proposed charging strategies, the charging efficiency of ferroelectrets can be enhanced significantly.
After charging, the cavities can be considered as man-made macroscopic dipoles whose direction can be reversed by switching the polarity of the applied voltage. Polarization-versus-electric-field (P(E)) hysteresis loops in ferroelectrets are observed by means of an electro-acoustic method combined with dielectric resonance spectroscopy. P(E) hysteresis loops in ferrroelectrets are also obtained by more direct measurements using a modified Sawyer-Tower circuit. Hysteresis loops prove the ferroic behavior of ferroelectrets. However, repeated switching of the macroscopic dipoles involves complex physico-chemical processes. The DBD charging process generates a cold plasma with numerous active species and thus modifies the inner polymer surfaces of the cavities. Such treatments strongly affect the chargeability of the cavities. At least for cellular PP ferroelectrets, repeated DBDs in atmospheric conditions lead to considerable fatigue of the effective polarization and of the resulting piezoelectricity.
The macroscopic dipoles in ferroelectrets are highly compressible, and hence the piezoelectricity is essentially the primary effect. It is found that the piezoelectric d33 coefficient is proportional to the polarization and the elastic compliance of the sample, providing hints for developing materials with higher piezoelectric sensitivity in the future. Due to their outstanding electromechanical properties, there has been constant interest in the application of ferroelectrets. The antiresonance frequencies (fp) of ferroelectrets are sensitive to the boundary conditions during measurement. A tubular-channel FEP ferroelectret is conformably attached to a self-organized minimum-energy dielectric elastomer actuator (DEA). It turns out that the antiresonance frequency (fp) of the ferroelectret film changes noticeably with the bending angle of the DEA. Therefore, the actuation of DEAs can be used to modulate the fp value of ferroelectrets, but fp can also be exploited for in-situ diagnosis and for precise control of the actuation of the DEA. Combination of DEAs and ferroelectrets opens up various new possibilities for application.
N2  - Ferroelektrete sind intern geladene Polymerschäume oder Polymerfilmsysteme mit definierten Hohlräumen, die große piezoelektrische Koeffizienten mit guter mechanischer Flexibilität und hoher elastischer Nachgiebigkeit vereinen. Der Begriff „Ferroelektret“ weist darauf hin, dass es sich um einen Ladungselektret handelt, der gleichzeitig ferroisches Verhalten zeigt. In der vorliegenden Arbeit werden umfangreiche Untersuchungen an Ferroelektreten, insbesondere zu ihrer Herstellung und Aufladung, ihrer Piezoelektrizität sowie ihren Anwendungen beschrieben und diskutiert.
Für industrielle Anwendungen sind Ferroelektrete mit gut kontrollierten Verteilungen oder sogar einheitlichen Werten von Hohlraumgröße und Hohlraumform und mit hoher thermischer Stabilität der Piezoelektrizität sehr wünschenswert. Mehrere Typen solcher Ferroelektrete werden unter Verwendung von thermisch laminierten Folien, von Schichtaufbauten mit aufeinander haftenden Elektretfilmen und von Siebdruck-Verfahren entwickelt. Insbesondere zeigen durch thermisches Laminieren hergestellte Kopolymer-filmsysteme aus Fluor-Ethylen-Propylen (FEP) mit röhrenförmigen Kanälen parallel zur Oberfläche nach Aufladung durch dielektrische Barrierenentladungen (DBDs) piezoelektrische d33-Koeffizienten von bis zu 160 pC/N. Bei Proben, die bei erhöhten Temperaturen aufgeladen werden, ist die Piezoelektrizität bis mindestens 130 °C stabil. Die Herstellungsverfahren sind leicht im Labor- oder im Industriemaßstab zu realisieren, und sie sind hinsichtlich der Materialauswahl und der Hohlraumgeometrie sehr flexibel verwendbar. Aufgrund der gleichmäßigen und gut kontrollierbaren Hohlraumstrukturen eignen sich solche Proben auch für Grundlagenuntersuchungen an Ferroelektreten.
Das Aufladen von Ferroelektreten erfolgt über dielektrische Barrierenentladungen (DBDs) innerhalb der Hohlräume. In der vorliegenden Arbeit wird diese Polungtechnik mittels optischer, elektrischer und elektroakustischer Verfahren umfassend untersucht. Das Spektrum des transienten Lichts aus den DBDs in zellulären Polypropylen (PP)-Ferroelektreten bestätigt die Ionisierung von molekularem Stickstoff und ermöglicht die Bestimmung des lokalen elektrischen Felds in der Entladung. Die damit verbundene Lichtemission zeigt nicht nur DBDs bei hoher angelegter Spannung, sondern auch Rückentladungen, wenn die angelegte Spannung auf ausreichend niedrige Werte reduziert wird. Die Rückentladungen werden durch die deponierten Ladungen ausgelöst, da der elektrische Durchschlag in den Hohlräumen durch die Summe des von außen angelegten elektrischen Felds und des elektrischen Felds der deponierten Ladungen bestimmt wird. Die remanente Polarisation wird durch die Durchschlagsfestigkeit der gasgefüllten Hohlräume begrenzt. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für effizientere Aufladungsverfahren für Ferroelektrete wie z.B. das Aufladen in Luft unter erhöhtem Druck, das thermische Polen und das Aufladen mit gezieltem Gasaustausch. Mit den vorgeschlagenen Aufladestrategien kann die Effizienz der Aufladung von Ferroelektreten deutlich gesteigert werden.
Die intern geladenen Hohlräume können als makroskopische Dipole betrachtet werden, deren Orientierung durch Umschalten der Polarität der angelegten Spannung umgekehrt werden kann. Hysteresekurven für das Verhalten der elektrischen Polarisation bei Variation des elektrischen Felds, d.h. sogenannte P(E)-Hysteresekurven, können in Ferroelektreten mittels eines elektroakustischen Verfahrens in Kombination mit der dielektrischen Resonanzspektroskopie beobachtet werden. Darüber hinaus können P(E)-Hysteresekurven auch durch direkte Messung des Polarisationsstromes unter Verwendung einer modifizierten Sawyer-Tower-Schaltung erhalten werden. Solche Hystereseschleifen sind ein direkter Nachweis des ferroischen Verhaltens der Ferroelektrete. Das wiederholte Schalten der makroskopischen Dipole ist jedoch von komplexen physikalisch-chemischen Prozessen begleitet. Der DBD-Ladeprozess erzeugt ein kaltes Plasma mit zahlreichen aktiven Spezies und modifiziert dadurch die inneren Oberflächen der Hohlräume. Dies wirkt sich in erheblichem Maße auf die wiederholte Aufladbarkeit der Hohlräume aus. So führen bei zellulären PP-Ferroelektreten wiederholte DBDs unter normalen atmosphärischen Bedingungen zu einer deutlichen Reduzierung der effektiven Polarisation und der daraus resultierenden Piezoelektrizität.
Die makroskopischen Dipole in Ferroelektreten sind hoch-kompressibel, daher beruht die Piezoelektrizität im Wesentlichen auf dem primären piezoelektrischen Effekt, d.h. der Veränderung der Dipolmomente. Es wurde festgestellt, dass der piezoelektrische d33-Koeffizient proportional zur elektrischen Polarisation und zur elastischen Nachgiebigkeit der Probe ist. Daraus können Folgerungen für die künftige Entwicklung von Materialien mit höherer piezoelektrischer Empfindlichkeit gezogen werden. Aufgrund ihrer hervorragenden elektromechanischen Wandler-Eigenschaften besteht ständiges Interesse an der Anwendung von Ferroelektreten. Die Antiresonanzfrequenzen (fp) von Ferroelektreten hängen von den Randbedingungen des jeweiligen Experiments ab. So wurde ein FEP-Ferroelektret mit röhrenförmigen Kanälen mit einem dielektrischen Elastomer-Aktuator (DEA) in einer sich selbst einstellenden Konfiguration minimaler Energie kombiniert. Es zeigte sich, dass sich die Antiresonanzfrequenz des Ferroelektretfilms mit dem Biegewinkel des DEA merklich ändert. Somit können DEAs zur Modulation des fp –Wertes von Ferroelektreten eingesetzt werden, und umgekehrt können piezoelektrische Antiresonanzen für die in-situ-Diagnose und für eine präzise Ansteuerung von DEAs Anwendung finden. Auf diese Weise eröffnet die Kombination von DEAs und Ferroelektreten neue Anwendungsperspektiven nicht nur in der Sensorik und der Aktorik, sondern auch zur Energiegewinnung aus der Umgebung (sogenanntes „energy harvesting“).
KW  - ferroelectrets
KW  - electromechanical transducers (sensors and actuators)
KW  - thin flexible and conformable films
KW  - piezo-, pyro- and ferroelectricity
KW  - Ferroelektrete
KW  - elektromechanische Wandler (Sensoren und Aktoren)
KW  - dünne, flexible und formbare Schichten
KW  - Piezo-, Pyro-und Ferroelektrizität
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-398425
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kornhuber, Kai
T1  - Rossby wave dynamics and changes in summertime weather extremes
T1  - Rossby Wellendynamik und Veränderungen von Extremwetter im Sommer
N2  - Extreme weather events like heatwaves and floods severely affect societies with impacts ranging from economic damages to losses in human lifes. Global warming caused by anthropogenic greenhouse gas emissions is expected to increase their frequency and intensity, particularly in the warm season. Next to these thermodynamic changes, climate change might also impact the large scale atmospheric circulation.Such dynamic changes might additionally act on the occurence of extreme weather events, but involved mechanisms are often highly non-linear. Therefore, large uncertainty exists on the exact nature of these changes and the related risks to society. Particularly in the densely populated mid-latitudes weather patterns are governed by the large scale circulation like the jet-streams and storm tracks. Extreme weather in this region is often related to persistent weather systems associated with a strongly meandering jet-stream. Such meanders are called Rossby waves. Under specific conditions they can become slow moving, stretched around the entire hemisphere and generate simultaneaous heat- and rainfall extremes in far-away regions.
This thesis aims at enhancing the understanding of synoptic-scale, circumglobal Rossby waves and the associated risks of dynamical changes to society. More specific, the analyses investigate their relation to extreme weather, regions at risk, under which conditions they are generated, and the influence of anthropogenic climate change on those conditions now, in the past and in the future.
I find that circumglobal Rossby waves promoted simultaneous occuring weather extremes across the northern hemisphere in several recent summers. Further, I present evidence that they are often linked to quasiresonant-amplification of planetary waves. These events include the 2003 European heatwave and the Moscow heatwave of 2010. This non-linear mechanism acts on the upper level flow through trapping and amplification of stationary synoptic scale waves. I show that this resonance mechanism acts in both hemispheres and is related to extreme weather. A main finding is that circumglobal Rossby waves primarily occur as two specific teleconnection patterns associated with a wave 5 and wave 7 pattern in the northern hemisphere, likely due to the favourable longitudinal distance of prominent mountain ridges here. Furthermore, I identify those regions which are particularly at risk: The central United States, western Europe and the Ukraine/Russian region. Moreover, I present evidence that the wave 7 pattern has and extreme weather in these regions. My results suggest that the increase in frequency can be linked to favourable changes in large scale temperature gradients, which I show to be largely underestimated by model simulations. Using surface temperature fingerprint as proxy for investigating historic and future model ensembles, evidence is presented that anthropogenic warming has likely increased the probability for the occurence of circumglobal Rossby waves. Further it is shown that this might lead to a doubling of such events until the end of the century under a high-emission scenario.
Overall, this thesis establishes several atmosphere-dynamical pathways by which changes in large scale temperature gradients might link to persistent boreal summer weather. It highlights the societal risks associated with the increasing occurence of a newly discovered Rossby wave teleconnection pattern, which has the potential to cause simultaneaous heat-extremes in the mid-latitudinal bread-basket regions. In addition, it provides further evidence that the traditional picture by which quasi-stationary Rossby waves occur only in the low wavenumber regime, should be reconsidered.
N2  - Extreme Wetterereignisse haben oft katastrophale Folgen für Menschen und Umwelt. Die zuletzt beobachtete Zunahme von Hitzewellen und Überschwemmungen im Sommer lässt sich zum Teil mit dem Klimawandel, verursacht durch den Ausstoß von Treibhausgasen aus fossilen Brennstoffen, erkären. Allerdings übetrafen einige Extremereignisse der jüngeren Vergangenheit in ihrer Intensität, das was allein durch die Erwärmung im globalen Mittel zu erwarten wäre. Der Klimawandel wirkt sich ebenfalls auf die atmosphärische Zirkulation, wie beispielsweise den Jetstream aus. Es wird hier vermutet, dass Änderungen in der Dynamik Extrem-Ereignisse verstärken, indem sie beispielsweise langanhaltender werden. Allerdings sind die entsprechenden Mechanismen komplex und stark nicht-linear, was die Unsicherheiten in Bezug auf zuünftige Risiken vergrößert. Ein Mechanismus der mit extremen Wetter in den mittleren Breiten in Verbindung gebracht wurde, ist ein stark mäandernder Jet-Stream. Dieser führt zu ungewöhnlichen Temperaturen in den mittleren Breiten weile dies Mänder, genannt Rossby-Wellen, den Transport von ungewöhnlich warmer beziehungsweise kalter Luft entlang der Breiten erlauben. Unter bestimmten Bedingungen erstrecken sich diese Rossby Wellen über die gesamte Hemisphäre und führen zum synchronen auftreten von Wetterextremen entlang den mittleren Breiten. Extreme treten insbesondere dann auf wenn sie lang über bestimmten Regionen verharren.
Diese Dissertation erforscht den Zusammenhang dieser quasi-stationären Rossby-Wellen und Wetter-Extremen: In welchem Maße können diese durch Rossby-Wellen erklärt werden, welche Regionen sind besonders betroffen und welchen Bedingungen sind für ihr Entstehen förderlich und wie wirkt sich der Klimawandel auf diese Bedingungen aus?
Ich zeige, dass einige der verheerendsten Wetterextreme der jüngeren Vergangenheit durch hemisphärische Rossby-Wellenmuster erzeugt wurden und dass diese zumeist synchron mit anderen ungewöhnlichen Wettersituationen in den mittleren Breiten auftraten. Desweiteren zeige ich, dass einige dieser Ereignisse mit dem resonanten Aufschaukeln einiger Wellenkomponenten erklärt werden könnnen (engl. Quasi-resonant Amplification of Planetary Waves, kurz: QRA). Diesem nicht-linearen Mechanismus zufolge verhindert ein starker Jet, dass bestimmte Wellen ihre Energie in Richung Äquator oder Pol verlieren und so förmlich in den mittleren Breiten gefangen werden. Diese Wellen können dann resonant mit dem stationären thermischen und orographischen Störungen interagieren und gewinnen so an Intensität. Ich zeige, dass dieser Mechanismus sowohl in der Nord- als auch in der Südhemisphäre wirkt. Desweiteren zeige ich, dass die Rossby-Wellen in der Nordhemisphäre als zwei wiederkehrende örtlich festgelegte Wellenmuster, charakterisiert durch Welle 5 und Welle 7, auftreten. Dies erkläre ich mit dem relativen Abstand markanter Gebirgskämme entlang der Längengrade in den mittleren Breiten. Dieses Ergebnis ermöglicht es jene Regionen zu identifizieren, welche während solcher Ereignisse besonders gefährdet sind: das Zentrum der USA, Westeuropa und die Region Ukraine / Russland. Ich zeige, dass das Welle-7-Muster in den letzten Jahrzehnten in seiner Häufigkeit zugenommen hat, was die beobachtete Zunahme von extremen Wetter in diesen Regionen erklären könnte. Diese Zunahme führe ich auf die Veränderungen der groß-skaligen Temperaturgradienten entlang der Längen und Breitengrade zurück. Ich zeige zudem, dass diese Veränderungen durch Modelle weitestgehend unterschätzt werden. Über ein charakteristisches Temperaturprofil als Proxy untersuchen wir Modeldaten von historische und Projektionen. Diese Analyse zeigt, dass die anthropogene Erwärmung mit einiger Wahrscheinlichkeit die Bedingungen für die erzeugung solcher Rossby-Wellen verändert hat. Desweiteren kommt es unter der Annahme ungestoppter Emissionen vermutlich zu einer Verdopplung dieser Ereignisse führen zum Ende des Jahrhunderts.
In dieser Dissertation zeige ich auf wie die Veränderung großskaliger Oberflächen-Temperatur-Gradienten mit dem vermehrten Aufkommen langanhaltender und oft extremen Wetterereignisse zusammenhängt. Ich indentifiziere die Regionen, die durch das Welle 7 Muster besonders gefärdet sind. Desweiteren, geben meine Ergebnisse weitere Hinweise darauf, dass die traditionell Sicht, aus der quasi-stationäre-Rossby-Wellen nur in Form von niedrigen Wellenzahlen vorkommen, überdacht werden muss.
KW  - Telekonnektionen
KW  - Atmosphärendynamik
KW  - Jetstream
KW  - Klimawandel
KW  - Hitzewellen
KW  - teleconnections
KW  - atmosphere dynamics
KW  - jet stream
KW  - climate change
KW  - heatwaves
Y1  - 2017
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gulyakova, Anna A.
A1  - Gorokhovatsky, Yuri A.
A1  - frübing, Peter
A1  - Gerhard, Reimund
T1  - Relaxation Processes Determining the Electret Stability of High-Impact Polystyrene/Titanium-Dioxide Composite Films
JF  - IEEE transactions on dielectrics and electrical insulation
N2  - The influence of relaxation processes on the thermal electret stability of high-impact polystyrene (HIPS) free-standing films filled with titanium dioxide (TiO2) of the rutile modification are investigated by means of a combination of dielectric methods (dielectric relaxation spectroscopy (DRS), thermally stimulated depolarization current (TSDC) and thermally stimulated surface-potential decay (TSSPD)), supplemented by differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis (DMA). Films with 2, 4, 6 and 8 vol.% TiO2 are compared to each other and to non-filled samples. Filling HIPS with up to 8 vol.% of TiO2 enhances the elastic modulus below the glass transition and increases the thermal electret stability above the glass transition without significantly increasing the DC conductivity. The improvement of the electret stability is caused by the build-up of an interface polarization which decays only gradually if the glass transition is exceeded. Two kinds of Arrhenius processes are considered in order to explain the decay of the composite-polymer electrets: (1) charge release from chemical traps located at the phenyl rings of the polymer chain with an activation energy of E-a = 1.1 eV after passing the glass transition at about 100 degrees C and (2) charge release from traps formed by the TiO2 particles with E-a = 2.4 eV at temperatures above 130 degrees C. Finally, the activation energies are discussed with respect to their significance.
KW  - High-impact polystyrene
KW  - titanium dioxide
KW  - electret stability
KW  - dielectric relaxation
Y1  - 2017
U6  - https://doi.org/10.1109/TDEI.2017.006587
SN  - 1070-9878
SN  - 1558-4135
VL  - 24
SP  - 2541
EP  - 2548
PB  - Inst. of Electr. and Electronics Engineers
CY  - Piscataway
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wang, Jingwen
A1  - Rychkov, Dmitry
A1  - Gerhard, Reimund
T1  - Chemical modification with orthophosphoric acid enhances surface-charge stability on polypropylene electrets
JF  - Applied physics letters
N2  - The low surface-charge stability of polypropylene (PP) frequently limits its application as an electret material. In this paper, we demonstrate how the treatment of PP-film surfaces with orthophosphoric acid (H3PO4) enhances their charge stability. To discriminate between the effects of chemical modification and thermal treatment, as-received and annealed PP films are used as reference samples. The electret properties of treated and non-treated PP films are characterized with thermally stimulated discharge (TSD) and isothermal surface-potential decay (ISPD) experiments, from which considerable improvement in thermal and temporal charge stability is observed for samples modified with H3PO4. The half-value temperature (T-1/2) observed on TSD curves of chemically treated PP increases to 131 and 145 degrees C for positive and negative charges, respectively. The enhancement might be attributed to the phosphoric compounds detected on the H3PO4-modified surfaces via attenuated-total-reflection infrared spectroscopy. Deeper surface traps formed at the "foreign" phosphorus-containing structures are able to capture the charges over longer time periods and at higher temperatures, thus leading to significant improvements in the temporal and thermal surface-charge stabilities of PP electrets. Published by AIP Publishing.
Y1  - 2017
U6  - https://doi.org/10.1063/1.4983348
SN  - 0003-6951
SN  - 1077-3118
VL  - 110
PB  - American Institute of Physics
CY  - Melville
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Fang, Peng
A1  - Ma, Xingchen
A1  - Li, Xiangxin
A1  - Qiu, Xunlin
A1  - Gerhard, Reimund
A1  - Zhang, Xiaoqing
A1  - Li, Guanglin
T1  - Fabrication, Structure Characterization, and Performance Testing of Piezoelectret-Film Sensors for Recording Body Motion
JF  - IEEE Sensors Journal
N2  - During muscle contractions, radial-force distributions are generated on muscle surfaces due to muscle-volume changes, from which the corresponding body motions can be recorded by means of so-called force myography (FMG). Piezo- or ferroelectrets are flexible piezoelectric materials with attractive materials and sensing properties. In addition to several other applications, they are suitable for detecting force variations by means of wearable devices. In this paper, we prepared piezoelectrets from cellular polypropylene films by optimizing the fabrication procedures, and developed an FMG-recording system based on piezoelectret sensors. Different hand and wrist movements were successfully detected on able-bodied subjects with the FMG system. The FMG patterns were evaluated and identified by means of linear discriminant analysis and artificial neural network algorithms, and average motion-classification accuracies of 96.1% and 94.8%, respectively, were obtained. This paper demonstrates the feasibility of using piezoelectret-film sensors for FMG and may thus lead to alternative methods for detecting body motion and to related applications, e.g., in biomedical engineering or structural-health monitoring.
KW  - Forcemyography
KW  - motion registration
KW  - piezoelectret
KW  - film sensor
KW  - wearable
Y1  - 2017
U6  - https://doi.org/10.1109/JSEN.2017.2766663
SN  - 1530-437X
SN  - 1558-1748
VL  - 18
IS  - 1
SP  - 401
EP  - 412
PB  - Inst. of Electr. and Electronics Engineers
CY  - Piscataway
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Loupos, Konstantinos
A1  - Damigos, Yannis
A1  - Amditis, Angelos
A1  - Gerhard, Reimund
A1  - Rychkov, Dmitry
A1  - Wirges, Werner
A1  - Schulze, Manuel
A1  - Lenas, Sotiris-Angelos
A1  - Chatziandreoglou, Christos
A1  - Malliou, Christina
A1  - Tsaoussidis, Vassilis
A1  - Brady, Ken
A1  - Frankenstein, Bernd
T1  - Structural health monitoring system for bridges based on skin-like sensor
T2  - IOP conference series : Materials science and engineering
N2  - Structural health monitoring activities are of primal importance for managing transport infrastructure, however most SHM methodologies are based on point-based sensors that have limitations in terms of their spatial positioning requirements, cost of development and measurement range. This paper describes the progress on the SENSKIN EC project whose objective is to develop a dielectric-elastomer and micro-electronics-based sensor, formed from a large highly extensible capacitance sensing membrane supported by advanced microelectronic circuitry, for monitoring transport infrastructure bridges. Such a sensor could provide spatial measurements of strain in excess of 10%. The actual sensor along with the data acquisition module, the communication module and power electronics are all integrated into a compact unit, the SENSKIN device, which is energy-efficient, requires simple signal processing and it is easy to install over various surface types. In terms of communication, SENSKIN devices interact with each other to form the SENSKIN system; a fully distributed and autonomous wireless sensor network that is able to self-monitor. SENSKIN system utilizes Delay-/Disruption-Tolerant Networking technologies to ensure that the strain measurements will be received by the base station even under extreme conditions where normal communications are disrupted. This paper describes the architecture of the SENSKIN system and the development and testing of the first SENSKIN prototype sensor, the data acquisition system, and the communication system.
Y1  - 2017
U6  - https://doi.org/10.1088/1757-899X/236/1/012100
SN  - 1757-8981
VL  - 236
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Eckert, Sebastian
A1  - Norell, Jesper
A1  - Miedema, Piter S.
A1  - Beye, Martin
A1  - Fondell, Mattis
A1  - Quevedo, Wilson
A1  - Kennedy, Brian
A1  - Hantschmann, Markus
A1  - Pietzsch, Annette
A1  - Van Kuiken, Benjamin E.
A1  - Ross, Matthew
A1  - Minitti, Michael P.
A1  - Moeller, Stefan P.
A1  - Schlotter, William F.
A1  - Khalil, Munira
A1  - Odelius, Michael
A1  - Föhlisch, Alexander
T1  - Ultrafast Independent N-H and N-C Bond Deformation Investigated with Resonant Inelastic X-Ray Scattering
JF  - Angewandte Chemie : a journal of the Gesellschaft Deutscher Chemiker ; International edition
N2  - The femtosecond excited-state dynamics following resonant photoexcitation enable the selective deformation of N-H and N-C chemical bonds in 2-thiopyridone in aqueous solution with optical or X-ray pulses. In combination with multiconfigurational quantum-chemical calculations, the orbital-specific electronic structure and its ultrafast dynamics accessed with resonant inelastic X-ray scattering at the N 1s level using synchrotron radiation and the soft X-ray free-electron laser LCLS provide direct evidence for this controlled photoinduced molecular deformation and its ultrashort time-scale.
KW  - nitrogen
KW  - photochemistry
KW  - protonation
KW  - RIXS (resonant inelastic X-ray scattering)
KW  - selective bond cleavage
Y1  - 2017
U6  - https://doi.org/10.1002/anie.201700239
SN  - 1433-7851
SN  - 1521-3773
VL  - 56
SP  - 6088
EP  - 6092
PB  - Wiley-VCH
CY  - Weinheim
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Vaz da Cruz, Vinicius
A1  - Ertan, Emelie
A1  - Couto, Rafael C.
A1  - Eckert, Sebastian
A1  - Fondell, Mattis
A1  - Dantz, Marcus
A1  - Kennedy, Brian
A1  - Schmitt, Thorsten
A1  - Pietzsch, Annette
A1  - Guimaraes, Freddy F.
A1  - Ågren, Hans
A1  - Odelius, Michael
A1  - Föhlisch, Alexander
A1  - Kimberg, Victor
T1  - A study of the water molecule using frequency control over nuclear dynamics in resonant X-ray scattering
JF  - Physical chemistry, chemical physics : a journal of European Chemical Societies
N2  - In this combined theoretical and experimental study we report a full analysis of the resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) spectra of H2O, D2O and HDO. We demonstrate that electronically-elastic RIXS has an inherent capability to map the potential energy surface and to perform vibrational analysis of the electronic ground state in multimode systems. We show that the control and selection of vibrational excitation can be performed by tuning the X-ray frequency across core-excited molecular bands and that this is clearly reflected in the RIXS spectra. Using high level ab initio electronic structure and quantum nuclear wave packet calculations together with high resolution RIXS measurements, we discuss in detail the mode coupling, mode localization and anharmonicity in the studied systems.
Y1  - 2017
U6  - https://doi.org/10.1039/c7cp01215b
SN  - 1463-9076
SN  - 1463-9084
VL  - 19
SP  - 19573
EP  - 19589
PB  - Royal Society of Chemistry
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Eckert, Sebastian
A1  - Niskanen, Johannes
A1  - Jay, Raphael Martin
A1  - Miedema, Piter S.
A1  - Fondell, Mattis
A1  - Kennedy, Brian
A1  - Quevedo, Wilson
A1  - Iannuzzi, Marcella
A1  - Föhlisch, Alexander
T1  - Valence orbitals and local bond dynamics around N atoms of histidine under X-ray irradiation
JF  - Physical chemistry, chemical physics : a journal of European Chemical Societies
N2  - The valence orbitals of aqueous histidine under basic, neutral and acidic conditions and their X-ray induced transformations have been monitored through N 1s resonant inelastic X-ray scattering. Using density functional ab initio molecular dynamics simulations in the core-hole state within the Z + 1 approximation, core-excitation-induced molecular transformations are quantified. Spectroscopic evidence for a highly directional X-ray-induced local N-H dissociation within the scattering duration is presented for acidic histidine. Our report demonstrates a protonation-state and chemical-environment dependent propensity for a molecular dissociation, which is induced by the absorption of high energy photons. This case study indicates that structural deformations in biomolecules under exposure to ionizing radiation, yielding possible alteration or loss of function, is highly dependent on the physiological state of the molecule upon irradiation.
Y1  - 2017
U6  - https://doi.org/10.1039/c7cp05713j
SN  - 1463-9076
SN  - 1463-9084
VL  - 19
SP  - 32091
EP  - 32098
PB  - Royal Society of Chemistry
CY  - Cambridge
ER  -