TY - THES A1 - Sun, Bowen T1 - Energy losses in low-offset organic solar cells T1 - Energieverluste in organischen Solarzellen mit geringer Versetzung BT - from fundamental understanding to characterization considerations BT - von grundlegendem Verständnis bis zu Charakterisierungsüberlegungen N2 - Organic solar cells (OSCs) represent a new generation of solar cells with a range of captivating attributes including low-cost, light-weight, aesthetically pleasing appearance, and flexibility. Different from traditional silicon solar cells, the photon-electron conversion in OSCs is usually accomplished in an active layer formed by blending two kinds of organic molecules (donor and acceptor) with different energy levels together. The first part of this thesis focuses on a better understanding of the role of the energetic offset and each recombination channel on the performance of these low-offset OSCs. By combining advanced experimental techniques with optical and electrical simulation, the energetic offsets between CT and excitons, several important insights were achieved: 1. The short circuit current density and fill-factor of low-offset systems are largely determined by field-dependent charge generation in such low-offset OSCs. Interestingly, it is strongly evident that such field-dependent charge generation originates from a field-dependent exciton dissociation yield. 2. The reduced energetic offset was found to be accompanied by strongly enhanced bimolecular recombination coefficient, which cannot be explained solely by exciton repopulation from CT states. This implies the existence of another dark decay channel apart from CT. The second focus of the thesis was on the technical perspective. In this thesis, the influence of optical artifacts in differential absorption spectroscopy upon the change of sample configuration and active layer thickness was studied. It is exemplified and discussed thoroughly and systematically in terms of optical simulations and experiments, how optical artifacts originated from non-uniform carrier profile and interference can manipulate not only the measured spectra, but also the decay dynamics in various measurement conditions. In the end of this study, a generalized methodology based on an inverse optical transfer matrix formalism was provided to correct the spectra and decay dynamics manipulated by optical artifacts. Overall, this thesis paves the way for a deeper understanding of the keys toward higher PCEs in low-offset OSC devices, from the perspectives of both device physics and characterization techniques. N2 - Organische Solarzellen (OSZ) repräsentieren eine neue Generation von Solarzellen mit einer Vielzahl faszinierender Eigenschaften, darunter geringe Kosten, geringes Gewicht, ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild und Flexibilität. Im Gegensatz zu traditionellen Silizium-Solarzellen erfolgt die Umwandlung von Photonen in Elektronen in OSZ in der Regel in einer aktiven Schicht, die durch das Mischen von zwei Arten organischer Moleküle (Donator und Akzeptor) mit unterschiedlichen Energieniveaus gebildet wird. Der erste Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf ein besseres Verständnis der Rolle des energetischen Versatzes und jedes Rekombinationskanals auf die Leistung dieser OSCs mit geringem Versatz. Durch die Kombination fortschrittlicher experimenteller Techniken mit optischer und elektrischer Simulation wurden wichtige Erkenntnisse über die energetischen Versätze zwischen CT und Exzitonen erlangt: 1. Die Stromdichte im Kurzschluss und der Füllfaktor von Systemen mit geringem Versatz werden weitgehend durch feldabhängige Ladungsgenerierung in solchen OSZ mit geringem Versatz bestimmt. Interessanterweise ist deutlich erkennbar, dass eine feldabhängige Ladungsgenerierung aus einer feldabhängigen Exzitonen-Dissociationsausbeute resultiert. 2. Der reduzierte energetische Versatz geht mit einem stark erhöhten bimolekularen Rekombinationskoeffizienten einher, der nicht allein durch die Wiederbevölkerung von Exzitonen aus CT-Zuständen erklärt werden kann. Dies deutet auf die Existenz eines anderen dunklen Zerfallsweges neben CT hin. Der zweite Schwerpunkt der Arbeit lag auf der technischen Perspektive. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von optischen Artefakten in der differentiellen Absorptionsspektroskopie auf die Änderung der Probekonfiguration und der aktiven Schichtdicke untersucht. Es wird anhand optischer Simulationen und Experimente ausführlich und systematisch dargelegt und diskutiert, wie optische Artefakte, die durch ein nicht gleichmäßiges Ladungsprofil und Interferenzen verursacht werden, nicht nur die gemessenen Spektren, sondern auch die Zerfalldynamik in verschiedenen Messbedingungen manipulieren können. Am Ende dieser Studie wurde eine generalisierte Methodik auf Basis eines inversen optischen Übertragungsmatrixformalismus bereitgestellt, um die durch optische Artefakte manipulierten Spektren und Zerfalldynamiken zu korrigieren. Insgesamt ebnet diese Arbeit den Weg für ein tieferes Verständnis der Schlüsselaspekte für höhere Wirkungsgrade in OSZ mit geringem Versatz, sowohl aus Sicht der Gerätephysik als auch der Charakterisierungstechniken. KW - organic solar cell KW - organische Solarzelle KW - non-fullerene acceptors KW - Nicht-Fulleren-Akzeptoren KW - charge generation KW - Ladungsgenerierung KW - exciton dissociation KW - Exziton-Dissoziation KW - cavity effects KW - Hohlraumeffekte Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-621430 ER - TY - THES A1 - Nagel, Alessandro T1 - Energie induzierte Nanopartikel-Substrat Interaktionen T1 - Energy induced nanoparticle substrate interactions N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Energie induzierte Nanopartikel-Substrat Interaktionen untersucht. Dazu wurden Goldnanopartikelanordnungen (AuNPA) auf verschiedenen Silizium-basierten Substraten hergestellt und der Einfluss eines Energieeintrages, genauer gesagt einer thermischen Behandlung oder des Metall-assistierten chemischen Ätzens (MaCE) getestet. Die Nanopartikelanordnungen, welche für die thermische Behandlung eingesetzt wurden, wurden nass-chemisch in Toluol synthetisiert, mit Thiol-terminiertem Polystyrol funktionalisiert und mittels Schleuderbeschichtung auf verschiedenen Substraten (drei Gläser und ein Siliziumwafer) in quasi-hexagonalen Mustern angeordnet. Diese AuNP-Anordnungen wurden mit Temperaturen zwischen 475 °C – 792 °C über verschiedene Zeiträume thermisch behandelt. Generell sanken die Nanopartikel in die Substrate ein, und es wurde festgestellt, dass mit Erhöhung der Glasübergangstemperatur der Substrate die Einsinktiefe der Nanopartikel abnahm. Die AuNPA auf Siliziumwafern wurden auf Temperaturen von 700 °C – 900 °C erhitzt. Die Goldnanopartikel sanken dabei bis zu 2,5 nm in das Si-Substrat ein. Ein Sintern der Nanopartikel fand ab einer Temperatur über 660 °C statt. Welcher Sintermechanismus der dominante ist konnte abschließend nicht eindeutig geklärt werden. Für die Untersuchung des Einflusses des zweiten Energieeintrages mittels MaCE wurden AuNPA sowie Goldkern-Silberschale-Anordnungen auf Siliziumsubstraten genutzt. Die AuNPA wurden mit Hilfe von Poly-N-Isopropylacrylamid Mikrogelen und Natriumcitrat-stabilisierten Goldnanopartikeln (Na-AuNP) bzw. Tetrachloridogoldsäure (TCG) präpariert. Es ergaben sich Nanopartikelanordnungen mit hemisphärischen Partikeln (aus Na-AuNP) und zum anderen Nanopartikelanordnungen mit sphärischen Partikeln (aus TCG). Durch eine anschließende Silberwachstumsreaktion konnten dann die dazugehörigen Goldkern-Silberschale Nanopartikelanordnungen erhalten werden. Beim MaCE konnten signifikante Unterschiede im Verhalten dieser vier Nanopartikelanordnungen festgestellt werden, z.B. mussten bei den hemisphärischen Partikelanordnungen höhere Wasserstoffperoxidkonzentrationen (0,70 M – 0,91 M) als bei den sphärischen Partikelanordnungen (0,08 M – 0,32 M) für das Ätzen eingesetzt werden, um ein Einsinken der Nanopartikel in das Substrat zu erreichen. N2 - In this work, energy-induced nanoparticle-substrate interactions were investigated. For this purpose, gold nanoparticle arrays (AuNPA) were fabricated on different silicon-based substrates and the influence of energy input, more specifically thermal treatment or metal-assisted chemical etching (MaCE), was tested. The nanoparticle arrays used for thermal treatment were wet-chemically synthesized in toluene, functionalized with thiol-terminated polystyrene and arranged in quasi-hexagonal patterns on different substrates (three glasses and one silicon wafer) by spin coating. These AuNP arrays were thermally treated with temperatures ranging from 475 °C - 792 °C for different time periods. In general, the nanoparticles sank into the substrates, and it was found that as the glass transition temperature of the substrates increased, the sinking depth of the nanoparticles decreased. The AuNPA on silicon wafers were heated to temperatures of 700 °C - 900 °C. The gold nanoparticles sank into the Si substrate by up to 2.5 nm. Sintering of the nanoparticles occurred at temperatures above 660 °C. It could not be clarified conclusively which sintering mechanism is dominant. For the investigation of the influence of the second energy input by means of MaCE, AuNPA as well as gold core-silver shell arrays on silicon substrates were used. The AuNPA were prepared using poly-N-isopropylacrylamide microgels and sodium citrate-stabilized gold nanoparticles (Na-AuNP) and tetrachloridoauric acid (TCG), respectively. Nanoparticle arrays with hemispherical particles (from Na-AuNP) or nanoparticle arrays with spherical particles (from TCG) resulted. A subsequent silver growth reaction was utilized for obtaining the corresponding gold core-silver shell nanoparticle assemblies. MaCE showed significant differences in the behavior of these four nanoparticle arrays, e.g., higher hydrogen peroxide concentrations (0.70 M - 0.91 M) had to be used for etching the hemispherical particle arrays than for the spherical particle arrays (0.08 M - 0.32 M) to achieve sinking of the nanoparticles into the substrate. KW - Nanopartikel Substrat Interaktionen KW - nanoparticle substrate interactions KW - Sintern von Nanopartikeln KW - nanoparticle sintering KW - kolloidale Lithographie KW - colloidal lithography Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-596396 ER - TY - THES A1 - Marwan, Norbert T1 - Encounters with neighbours BT - current developments of concepts based on recurrence plots and their applications N2 - Diese Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten und Anwendungen von Recurrence Plots. Nach einer Übersicht über Methoden, die auf Recurrence Plots basieren, werden neue Komplexitätsmaße eingeführt, die geometrische Strukturen in den Recurrence Plots beschreiben. Diese neuen Maße erlauben die Identifikation von Chaos-Chaos-Übergängen in dynamischen Prozessen. In einem weiteren Schritt werden Cross Recurrence Plots eingeführt, mit denen zwei verschiedene Prozesse untersucht werden. Diese bivariate Analyse ermöglicht die Bewertung von Unterschieden zwischen zwei Prozessen oder das Anpassen der Zeitskalen von zwei Zeitreihen. Diese Technik kann auch genutzt werden, um ähnliche Abschnitte in zwei verschiedenen Datenreihen zu finden. Im Anschluß werden diese neuen Entwicklungen auf Daten verschiedener Art angewendet. Methoden, die auf Recurrence Plots basieren, können an die speziellen Probleme angepaßt werden, so daß viele weitere Anwendungen möglich sind. Durch die Anwendung der neu eingeführten Komplexitätsmaße können Chaos-Chaos-Übergänge in Herzschlagdaten vor dem Auftreten einer lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörung festgestellt werden, was für die Entwicklung neuer Therapien dieser Herzrhythmusstörungen von Bedeutung sein könnte. In einem weiteren Beispiel, in dem EEG-Daten aus einem kognitiv orientierten Experiment untersucht werden, ermöglichen diese Komplexitätsmaße das Erkennen von spezifischen Reaktionen im Gehirn bereits in Einzeltests. Normalerweise können diese Reaktionen erst durch die Auswertung von vielen Einzeltests erkannt werden. Mit der Hilfe von Cross Recurrence Plots wird die Existenz einer klimatischen Zirkulation, die der heutigen El Niño/ Southern Oscillation sehr ähnlich ist, im Nordwesten Argentiniens vor etwa 34000 Jahren nachgewiesen. Außerdem können mit Cross Recurrence Plots die Zeitskalen verschiedener Bohrlochdaten aufeinander abgeglichen werden. Diese Methode kann auch dazu genutzt werden, ein geologisches Profil mit Hilfe eines Referenzprofiles mit bekannter Zeitskala zu datieren. Weitere Beispiele aus den Gebieten der Molekularbiologie und der Spracherkennung unterstreichen das Potential dieser Methode. N2 - In this work, different aspects and applications of the recurrence plot analysis are presented. First, a comprehensive overview of recurrence plots and their quantification possibilities is given. New measures of complexity are defined by using geometrical structures of recurrence plots. These measures are capable to find chaos-chaos transitions in processes. Furthermore, a bivariate extension to cross recurrence plots is studied. Cross recurrence plots exhibit characteristic structures which can be used for the study of differences between two processes or for the alignment and search for matching sequences of two data series. The selected applications of the introduced techniques to various kind of data demonstrate their ability. Analysis of recurrence plots can be adopted to the specific problem and thus opens a wide field of potential applications. Regarding the quantification of recurrence plots, chaos-chaos transitions can be found in heart rate variability data before the onset of life threatening cardiac arrhythmias. This may be of importance for the therapy of such cardiac arrhythmias. The quantification of recurrence plots allows to study transitions in brain during cognitive experiments on the base of single trials. Traditionally, for the finding of these transitions the averaging of a collection of single trials is needed. Using cross recurrence plots, the existence of an El Niño/Southern Oscillation-like oscillation is traced in northwestern Argentina 34,000 yrs. ago. In further applications to geological data, cross recurrence plots are used for time scale alignment of different borehole data and for dating a geological profile with a reference data set. Additional examples from molecular biology and speech recognition emphasize the suitability of cross recurrence plots. KW - Recurrence-Plot KW - Cross-Recurrence-Plot KW - Wiederkehrdarstellung KW - Rekurrenzdarstellung KW - Rekurrenzanalyse KW - recurrence plot KW - cross recurrence plot KW - recurrence quantification analysis Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000856 ER - TY - THES A1 - Jaeger, David T1 - Enabling Big Data security analytics for advanced network attack detection T1 - Ermöglichung von Big Data Sicherheitsanalysen für erweiterte Angriffserkennung in Netzwerken N2 - The last years have shown an increasing sophistication of attacks against enterprises. Traditional security solutions like firewalls, anti-virus systems and generally Intrusion Detection Systems (IDSs) are no longer sufficient to protect an enterprise against these advanced attacks. One popular approach to tackle this issue is to collect and analyze events generated across the IT landscape of an enterprise. This task is achieved by the utilization of Security Information and Event Management (SIEM) systems. However, the majority of the currently existing SIEM solutions is not capable of handling the massive volume of data and the diversity of event representations. Even if these solutions can collect the data at a central place, they are neither able to extract all relevant information from the events nor correlate events across various sources. Hence, only rather simple attacks are detected, whereas complex attacks, consisting of multiple stages, remain undetected. Undoubtedly, security operators of large enterprises are faced with a typical Big Data problem. In this thesis, we propose and implement a prototypical SIEM system named Real-Time Event Analysis and Monitoring System (REAMS) that addresses the Big Data challenges of event data with common paradigms, such as data normalization, multi-threading, in-memory storage, and distributed processing. In particular, a mostly stream-based event processing workflow is proposed that collects, normalizes, persists and analyzes events in near real-time. In this regard, we have made various contributions in the SIEM context. First, we propose a high-performance normalization algorithm that is highly parallelized across threads and distributed across nodes. Second, we are persisting into an in-memory database for fast querying and correlation in the context of attack detection. Third, we propose various analysis layers, such as anomaly- and signature-based detection, that run on top of the normalized and correlated events. As a result, we demonstrate our capabilities to detect previously known as well as unknown attack patterns. Lastly, we have investigated the integration of cyber threat intelligence (CTI) into the analytical process, for instance, for correlating monitored user accounts with previously collected public identity leaks to identify possible compromised user accounts. In summary, we show that a SIEM system can indeed monitor a large enterprise environment with a massive load of incoming events. As a result, complex attacks spanning across the whole network can be uncovered and mitigated, which is an advancement in comparison to existing SIEM systems on the market. N2 - Die letzten Jahre haben gezeigt, dass die Komplexität von Angriffen auf Unternehmensnetzwerke stetig zunimmt. Herkömmliche Sicherheitslösungen, wie Firewalls, Antivirus-Programme oder generell Intrusion Detection Systeme (IDS), sind nicht mehr ausreichend, um Unternehmen vor solch ausgefeilten Angriffen zu schützen. Ein verbreiteter Lösungsansatz für dieses Problem ist das Sammeln und Analysieren von Ereignissen innerhalb des betroffenen Unternehmensnetzwerks mittels Security Information and Event Management (SIEM) Systemen. Die Mehrheit der derzeitigen SIEM-Lösungen auf dem Markt ist allerdings nicht in er Lage, das riesige Datenvolumen und die Vielfalt der Ereignisdarstellungen zu bewältigen. Auch wenn diese Lösungen die Daten an einem zentralen Ort sammeln können, können sie weder alle relevanten Informationen aus den Ereignissen extrahieren noch diese über verschiedene Quellen hinweg korrelieren. Aktuell werden daher nur relativ einfache Angriffe erkannt, während komplexe mehrstufige Angriffe unentdeckt bleiben. Zweifellos stehen Sicherheitsverantwortliche großer Unternehmen einem typischen Big Data-Problem gegenüber. In dieser Arbeit wird ein prototypisches SIEM-System vorgeschlagen und implementiert, welches den Big Data-Anforderungen von Ereignisdaten mit gängigen Paradigmen, wie Datennormalisierung, Multithreading, In-Memory/Speicherung und verteilter Verarbeitung begegnet. Insbesondere wird ein größtenteils stream-basierter Workflow für die Ereignisverarbeitung vorgeschlagen, der Ereignisse in nahezu Echtzeit erfasst, normalisiert, persistiert und analysiert. In diesem Zusammenhang haben wir verschiedene Beiträge im SIEM-Kontext geleistet. Erstens schlagen wir einen Algorithmus für die Hochleistungsnormalisierung vor, der, über Threads hinweg, hochgradig parallelisiert und auf Knoten verteilt ist. Zweitens persistieren wir in eine In-Memory-Datenbank, um im Rahmen der Angriffserkennung eine schnelle Abfrage und Korrelation von Ereignissen zu ermöglichen. Drittens schlagen wir verschiedene Analyseansätze, wie beispielsweise die anomalie- und musterbasierte Erkennung, vor, die auf normalisierten und korrelierten Ereignissen basieren. Damit können wir bereits bekannte als auch bisher unbekannte Arten von Angriffen erkennen. Zuletzt haben wir die Integration von sogenannter Cyber Threat Intelligence (CTI) in den Analyseprozess untersucht. Als Beispiel erfassen wir veröffentlichte Identitätsdiebstähle von großen Dienstanbietern, um Nutzerkonten zu identifizieren, die möglicherweise in nächster Zeit durch den Missbrauch verloren gegangener Zugangsdaten kompromittiert werden könnten. Zusammenfassend zeigen wir, dass ein SIEM-System tatsächlich ein großes Unternehmensnetzwerk mit einer massiven Menge an eingehenden Ereignissen überwachen kann. Dadurch können komplexe Angriffe, die sich über das gesamte Netzwerk erstrecken, aufgedeckt und abgewehrt werden. Dies ist ein Fortschritt gegenüber den auf dem Markt vorhandenen SIEM-Systemen. KW - intrusion detection KW - Angriffserkennung KW - network security KW - Netzwerksicherheit KW - Big Data KW - Big Data KW - event normalization KW - Ereignisnormalisierung KW - SIEM KW - SIEM KW - IDS KW - IDS KW - multi-step attack KW - mehrstufiger Angriff Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-435713 ER - TY - THES A1 - Diab, Momen T1 - Enabling astrophotonics: adaptive optics and photonic lanterns for coupling starlight into the single-mode regime T1 - Astrophotonik ermöglichen: Adaptive Optik und photonische Laternen zur Einkopplung von Sternenlicht in den Single-Mode-Bereich N2 - Ground-based astronomy is set to employ next-generation telescopes with apertures larger than 25 m in diameter before this decade is out. Such giant telescopes observe their targets through a larger patch of turbulent atmosphere, demanding that most of the instruments behind them must also grow larger to make full use of the collected stellar flux. This linear scaling in size greatly complicates the design of astronomical instrumentation, inflating their cost quadratically. Adaptive optics (AO) is one approach to circumvent this scaling law, but it can only be done to an extent before the cost of the corrective system itself overwhelms that of the instrument or even that of the telescope. One promising technique for miniaturizing the instruments and thus driving down their cost is to replace some, or all, of the free space bulk optics in the optical train with integrated photonic components. Photonic devices, however, do their work primarily in single-mode waveguides, and the atmospherically-distorted starlight must first be efficiently coupled into them if they are to outperform their bulk optic counterparts. This is doable by two means: AO systems can again help control the angular size and motion of seeing disks to the point where they will couple efficiently into astrophotonic components, but this is only feasible for the brightest of objects and over limited fields of view. Alternatively, tapered fiber devices known as photonic lanterns — with their ability to convert multimode into single-mode optical fields — can be used to feed speckle patterns into single-mode integrated optics. They, nonetheless, must conserve the degrees of freedom, and the number of output waveguides will quickly grow out of control for uncorrected large telescopes. An AO-assisted photonic lantern fed by a partially corrected wavefront presents a compromise that can have a manageable size if the trade-off between the two methods is chosen carefully. This requires end-to-end simulations that take into account all the subsystems upstream of the astrophotonic instrument, i.e., the atmospheric layers, the telescope, the AO system, and the photonic lantern, before a decision can be made on sizing the multiplexed integrated instrument. The numerical models that simulate atmospheric turbulence and AO correction are presented in this work. The physics and models for optical fibers, arrays of waveguides, and photonic lanterns are also provided. The models are on their own useful in understanding the behavior of the individual subsystems involved and are also used together to compute the optimum sizing of photonic lanterns for feeding astrophotonic instruments. Additionally, since photonic lanterns are a relatively new concept, two novel applications are discussed for them later in this thesis: the use of mode-selective photonic lanterns (MSPLs) to reduce the multiplicity of multiplexed integrated instruments and the combination of photonic lanterns with discrete beam combiners (DBCs) to retrieve the modal content in an optical waveguide. N2 - In der erdbasierten Astronomie sollen noch in diesem Jahrzehnt Teleskope der nächsten Generation mit Öffnungen von mehr als 25 Metern in Betrieb genommen werden. Mit derart riesigen Aperturen werden die Zielobjekte durch einen größeren Ausschnitt turbulenter Atmosphäre beobachtet, weswegen die meisten die dahinterliegenden Instrumente entsprechend größer werden müssen, um die aufgefangene Strahlungsleistung vollständig nutzen zu können. Die lineare Skalierung der Größe erschwert das Design astronomischer Instrumente erheblich und führt zu einem quadratischen Anstieg der Kosten. Die adaptive Optik (AO) ist ein Ansatz, diese Skalierung zu umgehen. Allerdings ist dies nur bis zu einem gewissen Grad möglich, bevor die Kosten des Korrektursystems die des Instruments oder sogar des Teleskopes übersteigen. Eine vielversprechende Methode, das Instrument zu miniaturisieren und damit die Kosten zu reduzieren besteht darin, einige oder sogar alle der voluminösen Freistrahloptiken im Strahlengang durch photonische Komponenten zu ersetzen. Photonische Bauteile arbeiten jedoch in erster Linie mit Einzelmoden-Wellenleitern. Damit sie eine bessere Leistung erbringen als die entsprechenden Freistrahloptiken muss das durch die atmosphärischen Störungen verformte Sternenlicht zunächst effizient in die Wellenleiter eingekoppelt werden. Dies kann auf zwei Wegen erreicht werden: AO Systeme können Winkelausdehnung und Bewegung der Bildunschärfe der Sternscheibchen stark genug korrigieren, um diese effizient in astrophotonische Komponenten einzukoppeln. Dies ist aber nur für die hellsten Objekte und über ein begrenztes Sichtfeld möglich. Alternativ können photonische Laternen genutzt werden, um Multimoden des optischen Feldes in Einzelmoden umzuwandeln und somit die Specklemustern in die Einzelmoden-Wellenleiter der integrierten Optiken zu injizieren. Da hierbei die Anzahl der Freiheitsgrade trotzdem erhalten bleiben muss, wird die Zahl der Ausgangswellenleiter für nicht-korrigierte große Teleskope schnell unkontrollierbar anwachsen. Durch sorgfältiges Abwägen kann ein Kompromiss zwischen diesen beiden Methoden gewählt werden, bei dem man eine AO-assistierte photonische Laterne mit überschaubarer Größe erhält, in die eine partiell korrigierte Wellenfront gespeist wird. Dieser Prozess erfordert durchgehende Simulationen unter Einbeziehung aller Subsysteme vor dem astrophotonischen Instrument -Atmosphäre, Teleskop, AO System und photonische Laterne- bevor eine Entscheidung über die Dimensionierung des integrierten Multiplex-Instruments getroffen vii werden kann. Die numerischen Modelle, die die atmosphärischen Störungen und AO Korrekturen simulieren, werden in dieser Arbeit präsentiert. Die Physik und Modelle für optische Fasern, Wellenleiter-Arrays und photonische Laternen werden ebenfalls dargestellt. Jedes Modell für sich ist nützlich, um die Auswirkung des jeweiligen Subsystems nachzuvollziehen. In Kombination werden die Modelle verwendet, um die optimale Konfiguration und Größe der photonischen Laterne für die Einspeisung astrophotonischer Instrumente zu berechnen. Da photonische Laternen ein relativ neues Konzept sind, werden im weiteren Verlauf der Arbeit zusätzlich zwei neuartige Anwendungen erörtert: der Einsatz modenselektiver photonischer Laternen (MSPLs) zur Verringerung der Anzahl von Multiplex-Instrumenten sowie die Kombination photonischer Laternen mit diskreten Strahlkombinierern („Discrete Beam Combiners“: DBCs), um die Moden in einem Lichtwellenleiter zu erfassen. KW - adaptive optics KW - photonic lanterns KW - astrophotonics KW - integrated optics KW - astronomical instrumentation KW - spectrographs KW - interferometers KW - atmospheric effects KW - single-mode fiber KW - fiber coupling KW - optical fibers KW - adaptive Optik KW - astronomische Instrumente KW - Astrophotonik KW - atmosphärische Effekte KW - Faserkopplung KW - integrierten Optik KW - Interferometer KW - optische Fasern KW - photonische Laternen KW - Single-mode-Faser KW - Spektrographen Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-539012 ER - TY - THES A1 - Ledendecker, Marc T1 - En route towards advanced catalyst materials for the electrocatalytic water splitting reaction T1 - Innovative Katalysatormaterialien für die elektrokatalytische Wasserspaltung BT - mechanistic insights into the formation of metal carbides, phosphides, sulfides and nitrides BT - mechanistische Einblicke in die Bildung von Metallcarbiden, -phosphiden, -sulfiden und –nitriden N2 - The thesis on hand deals with the development of new types of catalysts based on pristine metals and ceramic materials and their application as catalysts for the electrocatalytic water splitting reaction. In order to breathe life into this technology, cost-efficient, stable and efficient catalysts are imploringly desired. In this manner, the preparation of Mn-, N-, S-, P-, and C-containing nickel materials has been investigated together with the theoretical and electrochemical elucidation of their activity towards the hydrogen (and oxygen) evolution reaction. The Sabatier principle has been used as the principal guideline towards successful tuning of catalytic sites. Furthermore, two pathways have been chosen to ameliorate the electrocatalytic performance, namely, the direct improvement of intrinsic properties through appropriate material selection and secondly the increase of surface area of the catalytic material with an increased amount of active sites. In this manner, bringing materials with optimized hydrogen adsorption free energy onto high surface area support, catalytic performances approaching the golden standards of noble metals were feasible. Despite varying applied synthesis strategies (wet chemistry in organic solvents, ionothermal reaction, gas phase reaction), one goal has been systematically pursued: to understand the driving mechanism of the growth. Moreover, deeper understanding of inherent properties and kinetic parameters of the catalytic materials has been gained. N2 - Wasserstoff ist einer der vielversprechendsten Energieträger aufgrund seiner hohen massenbezogenen Energiedichte. In diesem Zusammenhang erlaubt die elektrokatalytische Wasserspaltung die einfache und saubere Herstellung von Wasserstoff. Allerdings erfordert die Trennung der relativ starken Wasserstoff-Sauerstoff Bindungen beträchtliche Energie und teure Edelmetalle wie Platin oder Iridium zeigen die höchste katalytische Aktivität mit geringer Überspannung und hohen Stromdichten was zu einem guten Wirkungsgrad führt. Aus dieser Motivation heraus befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung neuer Katalysatoren, die auf Metalllegierungen und Keramiken basieren, sowie ihrer Anwendung für die elektrokatalytische Wasserspaltung. Besonderes Augenmerk wurde auf die Herstellung von kostengünstigen mangan-, stickstoff-, schwefel-, phosphor- und kohlenstoffhaltigen Nickelwerkstoffen gelegt und deren Aktivität experimentell und theoretisch erforscht. Nickel wurde aufgrund seines relativ günstigen Preises und hohen Vorkommens gewählt. Das Prinzip von Sabatier – die Wechselwirkung zwischen Adsorbat und Substrat sollte weder zu stark noch zu schwach sein – wurde als Leitfaden für die Entwicklung effizienter Katalysatoren benutzt. Trotz unterschiedlich angewendeter Synthesestrategien (Synthese in organischen Lösungsmitteln, ionothermale Reaktion oder Gasphasenreaktion), wurde zusätzlich systematisch ein weiteres Ziel verfolgt: Die Wachstums- und Entstehungsmechanismen dieser Materialen zu ergründen. Darüber hinaus wurde ein tieferes Verständnis der inhärenten Eigenschaften und kinetischen Parameter der katalytischen Materialien gewonnen. KW - Wasserspaltung KW - Katalysatoren KW - Keramik KW - Legierungen KW - Materialwissenschaft KW - HER KW - OER KW - water splitting reaction KW - ceramics KW - metal alloys KW - material science KW - HER KW - OER Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-93296 ER - TY - THES A1 - Kozempel, Steffen T1 - Emulgatorfreie Emulsionspolymerisation : Monomerlösungszustand und Teilchenbildung T1 - Emulsifier-free emulsion polymerization : monomer solution state and particle formation N2 - Polymere sind zweifelsohne der Werkstoff in unserer Zeit. Ein bedeutender Anteil der heute industriell produzierten Polymere wird durch Emulsionspolymerisation hergestellt. Obwohl die Emulsionspolymerisation breite Anwendung findet, sind die involvierten Mechanismen von Teilchenbildung und -wachstum noch heute Gegenstand heftiger Kontroversen. Ein Spezialfall der Emulsionspolymerisation ist die emulgatorfreie Emulsionspolymerisation. Hierbei handelt es sich um ein scheinbar einfacheres System der Emulsionspolymerisation, weil diese Methode ohne Zusatz von Emulgatoren auskommt. Die Teilchenbildung ist ein fundamentaler Vorgang im Verlauf der Emulsionspolymerisation, da sie zur Ausbildung der polymeren Latexphase führt. Detaillierte Kenntnisse zum Mechanismus der Nukleierung ermöglichen eine bessere Kontrolle des Reaktionsverlaufes und damit der Eigenschaften des Endproduktes der Emulsionspolymerisation, dem Polymer-Latex. Wie bereits vorangegangene Arbeiten auf dem Gebiet der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation von Styrol sowie Methylmethacrylat und Vinylacetat zeigen konnten, verläuft die Teilchenbildung in diesen Systemen über den Mechanismus der aggregativen Nukleierung. Im Zusammenhang mit den Ergebnissen der genannten Arbeiten tauchte dabei immer wieder ein interessanter Effekt im Bereich der Partikelnukleierung auf. Dieses als JUMBO-Effekt bezeichnete Phänomen zeigte sich reproduzierbar in einem Anstieg der Transmission im Bereich der Teilchenbildung von emulgatorfreien Emulsionspolymerisationen von Styrol, MMA und VAc. Nach der Initiierung der Polymerisation in einer wässrigen Monomerlösung durch Kaliumperoxodisulfat steigt die Durchlässigkeit bei 546 nm auf über 100 % an. Für diese „Abnahme der optischen Dichte“ wurden verschiedene Erklärungsmöglichkeiten vorgeschlagen, jedoch blieb ein Nachweis der Ursache für den JUMBO-Effekt bisher aus. Dieser Mangel an Aufklärung eines offenbar grundlegenden Phänomens in der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation bildet den „Nukleus“ für die vorlie¬gende Arbeit. Durch die vorliegende Dissertation konnte das Verständnis für Phänomene der Teilchenbildung in der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation von Styrol mit KPS erweitert werden. In diesem Rahmen wurde das Online-Monitoring des Polymerisationsvorganges verbessert und um verschiedene Methoden erweitert: Zur simultanen Erfassung von Trübungsdaten bei verschiedenen Wellenlängen konnte ein modernes Spektrometer in Kombination mit einer Lichtleitersonde in die Reaktionsapparatur integriert werden. Es wurde ein verbesserter Algorithmus zur Datenbearbeitung für die Partikelgrößenbestimmung mittels faseroptischer dynamischer Lichtstreuung entwickelt. Es wurden Online-Partikelgrößenanalysen mittels statischer Vielwinkellichtstreuung bei Polymerisationen direkt in entsprechenden Lichtstreuküvetten durchgeführt. Diese zur Beschreibung des untersuchten Systems eingeführten Methoden sowie ein zeitlich vollständiges Monitoring des gesamten Polymerisationsverlaufes, beginnend mit der Zugabe von Monomer zu Wasser, führten zu neuen Erkenntnissen zur emulgatorfreien Emulsionspolymerisation. Es wurden große Monomeraggregate, die sog. Nanotröpfchen, in wässriger Lösung (emulgatorfrei) nachgewiesen. Diese Aggregate bilden sich spontan und treten verstärkt in entgastem Wasser auf. Die Existenz von Nanotröpfchen in Verbindung mit Trübungs- und gaschromatografischen Messungen lässt auf eine molekular gelöste „Wirkkonzentration“ von Styrol in Wasser schließen, die bedeutend geringer ist als die absolute Sättigungskonzentration. Es konnten Hinweise auf eine Reaktion höherer Ordnung im System Wasser/Styrol/KPS gefunden werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine präzise Einstellung der Nukleierungsdauer über die Zeit der Equilibrierung von Wasser mit Styrol möglich ist. Der JUMBO-Effekt, dem in dieser Arbeit ein besonderes Interesse galt, konnte in gewisser Weise entmystifiziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Durchlässigkeit der Reaktionsmischung bereits beim Lösen von Styrol in Wasser durch Bildung von Styrolaggregaten abnimmt. Der darauf folgende kurzzeitige Transmissionsanstieg im Zusammenhang mit der Nukleierung erreicht dabei nicht mehr 100 % des Referenzwertes von reinem Wasser. Alle experimentellen Daten sprechen für die Nanotröpfchen als Ursache des JUMBO-Effekts. Wie die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, ist selbst das relativ „einfache“ System der emulgatorfreien Emulsionspolymerisation komplizierter als angenommen. Die Existenz von großen Styrolaggregaten in wässriger Lösung erfordert eine neue Betrachtungsweise des Reaktionssystems, in die auch der Lösungszustand des Monomers mit einbezogen werden muss. N2 - Polymers are doubtless the material of today. Large amounts of industrially produced polymers are made via emulsion polymerization. Although emulsion polymerization is widely used commercially, the mechanisms of particle formation and -growth involved are still intensely controversial. A special case of the emulsion polymerization is the emulsifier-free emulsion polymerization. This apparently easier procedure is performed without addition of emulsifier. Particle formation is a fundamental event in the progression of emulsion polymerization because it leads to the formation of a polymeric latex phase. Explicit knowledge concerning the mechanism of nucleation facilitates better control of the reaction process and therefore of the properties of the final polymeric latex product. Other contributions in emulsifier-free emulsion polymerization of styrene could already proof that particle formation in the present system proceeds via aggregative nucleation. In the context of the results of these contributions, an interesting effect was always detected in the time range of particle nucleation. This so-called “JUMBO-effect” appeared highly reproducible as an increase of transmittance during nucleation period in the emulsifier-free emulsion polymerization of styrene. After initiation of the polymerization in an aqueous monomer solution with potassiumperoxodisulfate the transmittance at 546 nm increases to more than 100 %. For this “decrease in optical density” various possible explanations have been suggested, but a proof for any of them is still to be found. This lack of insight into an apparently fundamental phenomenon in emulsifier-free emulsion polymerization arises as the “nucleus” of the present thesis. Within this work the understanding of the phenomena of particle formation in emulsifier-free emulsion polymerization of styrene with potassiumperoxodisulfate could be enhanced. In this frame the online monitoring of the polymerization process could be improved and expanded to several methods: For the simultaneous recording of UV-spectra respectively turbidity data at various wavelengths a modern spectrometer in combination with a fibre optical probe could be integrated into the reaction vessel. An improved algorithm for data treatment of particle size determination via fibre optical dynamic light scattering was developed. We implemented online particle size determinations via multi angle laser light scattering directly in light scattering cuvettes. These newly introduced methods, in combination with temporally complete monitoring of the whole polymerization progression, starting with the addition of monomer to water, lead to novel insight into emulsifier-free emulsion polymerization of styrene: Big monomer aggregates, so called “nano droplets”, could be detected in an aqueous solution of styrene. These aggregates form spontaneously and appear especially in degassed water. Polymerisation as the origin of the nano droplets can be excluded. In context with turbidity and gas chromatographic measurements, the existence of nano droplets leads us to conclude that there is a molecularly dissolved “effective” concentration of styrene in water which is much lower than the absolute concentration reported in the literature. We could find some hints for a higher reaction order in the system water/styrene/potassiumpersulfate. The induced decomposition of the peroxodisulfate ion in the presence of styrene and ethylbenzene shows an additional reaction of the initiator with aromatic compounds besides the thermolytical cleavage. Furthermore it could be shown that it is possible to precisely adjust the duration of nucleation with the solubilisation time of styrene in water. This kind of control can be useful for other applications. The JUMBO-effect, which was a major topic of this thesis, could be partly de-mystified. It could be shown that the turbidity of the reaction mixture already increases during the dissolution process of styrene due to the formation of aggregates. The turbidity decrease which is depicted by the JUMBO-effect in the time range of nucleation never reaches 100 % of the reference water. An interference of the used measuring wavelength with the domain size of density fluctuations according to the theory of spinodal decomposition could not be verified. The experimental data suggest rather the nano droplets as origin of the JUMBO-effect. The results of the present thesis show clearly that the relatively “simple” system of the emulsifier-free emulsion polymerisation (water/styrene/potassiumpersulfate) is more complex than expected. The existence of big styrene aggregates in aqueous solution requires a new approach of the reaction system, which also includes the solution state of the monomer. KW - Emulsionspolymerisation KW - Styrol KW - emulatorfrei KW - Lösungszustand KW - Teilchenbildung KW - Nukleierung KW - emulsion polymerization KW - styrene KW - nucleation KW - particle formation KW - emulsifier-free Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6106 ER - TY - THES A1 - Gulsen, Ali T1 - Empowering leadership, follower reflection, and leader well-being BT - the benefits of empowering leadership for followers and leaders N2 - This research focuses on empowering leadership, a leadership style that shares autonomy and responsibilities with the followers. Empowering leadership enhances the meaningfulness of work by fostering participation in decision-making, expressing confidence in high performance, and providing autonomy in target setting (Cheong, 2016). I examine how empowering leadership affects followers’ reflection. I used data from 528 individuals across 172 teams and found a positive relationship between empowering leadership and followers’ reflection. Followers’ reflection, in turn, is negatively associated with followers’ withdrawal, which mediates the beneficial effect of empowering leadership on leaders’ emotional exhaustion. As for the leaders, I propose that empowering leadership is negatively related also to leaders’ emotional exhaustion. This research broadens our understanding of empowering leadership's effects on both followers and leaders. Moreover, it integrates empowering leadership, leader emotional exhaustion, and burnout literature. Overall, empowering leadership strengthens members’ reflective attitudes and behaviors, which result in reduced withdrawal (and increased presence and contribution) in teams. Because the members contribute to team effort more, the leaders experience less emotional exhaustion. Hence, my work not only identifies new ways through which empowering leadership positively affects followers but also shows how these positive effects on followers benefit the leaders’ well-being. N2 - Diese Forschung konzentriert sich auf die Führungsstärke, ein Führungsstil teilt die Autonomie und Verantwortung mit den Mitarbeitern. Führungsstärke erhöht sich die Sinnhaftigkeit der Arbeit durch Beteiligungsförderung an Entscheidungsfindung, Ausdruck des Vertrauens in hohe Leistungen und Bereitstellung von Autonomie bei der Zielsetzung (Cheong, 2016). Ich untersuche, wie beeinflusst Führungsstärke auf die Reflexion der Mitarbeiter, Ich nahme die Daten von 528 Personen aus 172 Teams und fand eine positive Beziehung zwischen Führungsstärke und Reflexion der Mitarbeiter. Die Reflexion der Mitarbeiter, im Gegenzug, wiederum negativ mit dem Entzug der Mitarbeiter in Verbindung gebracht wird, was den positiven Wirkung von Stärkung der Führung auf die emotionale Erschöpfung der Führungskräfte vermittelt. Was die Führungskräfte angeht, so schlage ich vor, dass die Führungsstärke auch negativ mit der emotionalen Erschöpfung der Führungskräfte zusammenhängt. Diese Forschung erweitert unser Verständnis für die Stärkung der Auswirkungen von Führung auf Mitarbeiter und Führungskräfte. Darüber hinaus integriert es ermächtigende Führung, emotionale Erschöpfung von Führungskräften und Burnout-Literatur. Im Allgemeinen stärkt das Führungsstärke die reflektierenden Einstellungen und Verhaltensweisen der Mitglieder, was zu reduziertem Entzug (und die Beteiligung und den Beitrag erhöhen) in Teams führt. Da die Mitglieder mehr zur Teamleistung beitragen, erleben die Führungskräfte weniger emotionale Erschöpfung. Daher identifiziert meine Arbeit nicht nur neue Wege, wie Führungsstärke positiv auf die Mitarbeiter beeinflusst, sondern zeigt auch, wie diese positiven Effekte auf Mitarbeiter den Führungskräften zugute kommen. KW - empowering leadership KW - leader KW - follower KW - well-being KW - burnout KW - reflection KW - withdrawal KW - Burnout KW - Führungsstärke KW - Mitarbeiter KW - Führungskräfte KW - Reflexion KW - well-being KW - Entzug Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-582562 ER - TY - THES A1 - Schill, Denisa T1 - Employer Branding in der Gesundheitswirtschaft BT - Strategien, Geschäftsmodelle, Handlungsimperative BT - strategies, business models and imperatives for actions N2 - Die Gesundheitswirtschaft in Deutschland steht vor zahlreichen Veränderungen in ihrem Umfeld. Dabei mangelt es der Krankenhauslandschaft an ärztlichem Personal. Es fehlt insbesondere an Arztstunden bei zugleich steigendem Bedarf an medizinischen Leistungen. Der demografische Wandel, Abwanderung ins Ausland (z. B. in die Schweiz) und Extrapolationen wie Feminisierung des Arztberufs und der Wertewandel respektive Generationenforschung begünstigen diese Entwicklung. Zudem wird der Arbeitsplatz Krankenhaus zunehmend als unattraktiv von zukünftigen Arbeitnehmerkohorten angesehen. Nachwuchsärzte entscheiden sich bereits im Studium vermehrt gegen die kurative Medizin beziehungsweise gegen eine medizinisch-klinische Tätigkeit. Ein virulentes Beschaffungsproblem zeichnet sich ab, das es zu lösen gilt. Das Forschungsziel ist die Entwicklung eines ganzheitlichen strategischen Lösungsansatzes mit marktorientierter Akzentuierung für den Arbeitgeber Krankenhaus. Dabei wird das Krankenhaus als wissens- und kompetenzintensive Dienstleistungsorganisation definiert. Employer Branding stellt den Bezugsrahmen eines marktorientierten Personalmanagements dar. Ein forschungstheoretischer Unterbau wird durch strategische Managementansätze integriert. Employer Branding schlägt die Brücke vom Market-based View zum Competence-based View und ist Markenmanagement im Kontext des strategischen Personalmanagements. In der vorliegenden Arbeit wird ein holistischer Bezugsrahmen vorgestellt, der die Wirkungszusammenhänge respektive Employer Branding darstellt. Das Herzstück ist die Employer Value Proposition, die auf der Markenidentität der Organisation basiert. Ziel des Employer Branding Ansatzes ist es, unter anderem eine präferenzerzeugende Wirkung im Prozess der Arbeitsplatzwahl sicherzustellen. Die Zielrichtung und die Erkenntnis-Interessen erfordern einen breit angelegten Forschungsansatz, der qualitative und quantitative Methoden kombiniert. Ziel der leitfadengesteuerten Tiefeninterviews (exploratives Studiendesign) ist es, bestehende und noch zu entwickelnde Kompetenzstärken der Krankenhausorganisationen zu identifizieren. Bei der Stichprobe handelt es sich um ein „Typical Case Sampling“ (N=12). Defizitäre Befunde, welche Werte und Attraktivitätsfaktoren bei angehenden Ärzten ausgeprägt sind, werden bestätigt. In der Krankenhauslandschaft wird eine fragmentarische und reaktive Herangehensweise identifiziert, die die erfolgreiche Rekrutierung von qualifiziertem Krankenhauspersonal erschwert. Durch die qualitative Marktforschung werden Anforderungen des Marktes – also zukünftiges, ärztliches Krankenhauspersonal – auf faktorenanalytischer Basis analysiert. Die Stichprobe (N=475) ist isomorph. Dabei wird der Prozess der Einstellungsbildung in das neobehavioristische Erklärungsmodell des Käuferverhaltens eingeordnet. Die Vereinbarkeit von Beruf, Karriere und Familie sowie die betriebliche Kinderbetreuung werden als Schlüsselkomponenten erkannt. Wichtigste Arbeitswerte in Bezug auf einen attraktiven Arbeitgeber sind Verlässlichkeit, Verantwortung und Respekt. Diese Komponenten haben kommunikativen Nutzen und Differenzierungskraft. Schließlich bewerten Bewerber ein Krankenhaus positiver im Prozess der Arbeitsplatzwahl, je mehr die Werte des potentiellen Arbeitnehmers mit dem Werteprofil der Person übereinstimmen (Person-Organisation Fit). Krankenhausorganisationen, die den Employer Branding Ansatz implementieren und als Chance zur Definition ihrer Stärken, ihrer Vorzüge und ihres Leistungsangebots als Arbeitgeber annehmen, rüsten sich für das verstärkte Werben um Jungmediziner. Schließlich setzt Employer Branding als marktorientierter Strategieansatz intern und extern Kräfte frei, die Differenzierungsvorteile gegenüber anderen Arbeitgebern bringen. Dabei hat Employer Branding positive Auswirkungen auf den Human Ressource-Bereich entlang der Wertschöpfungskette und mindert das gesamtwirtschaftliche Problem. N2 - The demographic change is accompanied by a wave of retirement of older employees and the “fight” for doctors in german hospitals. There is a lack of working hours of doctors while the demand of medical services increases. There are different factors influencing the effect: demographic changes, migration, extrapolations like feminization and changes in values (Generations). Additionally the workingspace 'hospital' becomes more and more unattractive for prospective employees. The war for talent, coined this phenomenon, increasingly resembles crucial bottleneck of global competitiveness in the job market. In this context, an holistic management approach has to be developed to assert hospitals in the job market and recruiting process. Employer Branding becomes an anchor point. The establishment of a market-driven employer brand positively influences the achievement of external potential doctors. Based on qualitative and quantiative research the competences, factors and values as well as touchpoints of a candidate journey are identified. These aspects are important for developing an employer value proposition. The value proposition is based on an identity oriented approach with the objective of differentiation and preferences respective potential employees. T2 - Employer branding in health industry KW - Ärztemangel KW - Fachkräftemangel KW - Arbeitgeberattraktivität KW - Identitätsorientierte Unternehmensführung KW - Werteprofil KW - Employer Branding KW - Touchpoint Management KW - Candidate Journey KW - War for Talents KW - market-based view Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-473330 ER - TY - THES A1 - Schmidl, Ricarda T1 - Empirical essays on job search behavior, active labor market policies, and propensity score balancing methods T1 - Empirische Studien zum Arbeitssuchverhalten, aktiver Arbeitsmarktpolitik und Propensity Score Gewichtungsmethoden N2 - In Chapter 1 of the dissertation, the role of social networks is analyzed as an important determinant in the search behavior of the unemployed. Based on the hypothesis that the unemployed generate information on vacancies through their social network, search theory predicts that individuals with large social networks should experience an increased productivity of informal search, and reduce their search in formal channels. Due to the higher productivity of search, unemployed with a larger network are also expected to have a higher reservation wage than unemployed with a small network. The model-theoretic predictions are tested and confirmed empirically. It is found that the search behavior of unemployed is significantly affected by the presence of social contacts, with larger networks implying a stronger substitution away from formal search channels towards informal channels. The substitution is particularly pronounced for passive formal search methods, i.e., search methods that generate rather non-specific types of job offer information at low relative cost. We also find small but significant positive effects of an increase of the network size on the reservation wage. These results have important implications on the analysis of the job search monitoring or counseling measures that are usually targeted at formal search only. Chapter 2 of the dissertation addresses the labor market effects of vacancy information during the early stages of unemployment. The outcomes considered are the speed of exit from unemployment, the effects on the quality of employment and the short-and medium-term effects on active labor market program (ALMP) participation. It is found that vacancy information significantly increases the speed of entry into employment; at the same time the probability to participate in ALMP is significantly reduced. Whereas the long-term reduction in the ALMP arises in consequence of the earlier exit from unemployment, we also observe a short-run decrease for some labor market groups which suggest that caseworker use high and low intensity activation measures interchangeably which is clearly questionable from an efficiency point of view. For unemployed who find a job through vacancy information we observe a small negative effect on the weekly number of hours worked. In Chapter 3, the long-term effects of participation in ALMP are assessed for unemployed youth under 25 years of age. Complementary to the analysis in Chapter 2, the effects of participation in time- and cost-intensive measures of active labor market policies are examined. In particular we study the effects of job creation schemes, wage subsidies, short-and long-term training measures and measures to promote the participation in vocational training. The outcome variables of interest are the probability to be in regular employment, and participation in further education during the 60 months following program entry. The analysis shows that all programs, except job creation schemes have positive and long-term effects on the employment probability of youth. In the short-run only short-term training measures generate positive effects, as long-term training programs and wage subsidies exhibit significant locking-in'' effects. Measures to promote vocational training are found to increase the probability of attending education and training significantly, whereas all other programs have either no or a negative effect on training participation. Effect heterogeneity with respect to the pre-treatment level education shows that young people with higher pre-treatment educational levels benefit more from participation most programs. However, for longer-term wage subsidies we also find strong positive effects for young people with low initial education levels. The relative benefit of training measures is higher in West than in East Germany. In the evaluation studies of Chapters 2 and 3 semi-parametric balancing methods of Propensity Score Matching (PSM) and Inverse Probability Weighting (IPW) are used to eliminate the effects of counfounding factors that influence both the treatment participation as well as the outcome variable of interest, and to establish a causal relation between program participation and outcome differences. While PSM and IPW are intuitive and methodologically attractive as they do not require parametric assumptions, the practical implementation may become quite challenging due to their sensitivity to various data features. Given the importance of these methods in the evaluation literature, and the vast number of recent methodological contributions in this field, Chapter 4 aims to reduce the knowledge gap between the methodological and applied literature by summarizing new findings of the empirical and statistical literature and practical guidelines for future applied research. In contrast to previous publications this study does not only focus on the estimation of causal effects, but stresses that the balancing challenge can and should be discussed independent of question of causal identification of treatment effects on most empirical applications. Following a brief outline of the practical implementation steps required for PSM and IPW, these steps are presented in detail chronologically, outlining practical advice for each step. Subsequently, the topics of effect estimation, inference, sensitivity analysis and the combination with parametric estimation methods are discussed. Finally, new extensions of the methodology and avenues for future research are presented. N2 - In Kapitel 1 der Dissertation wird die Rolle von sozialen Netzwerken als Determinante im Suchverhalten von Arbeitslosen analysiert. Basierend auf der Hypothese, dass Arbeitslose durch ihr soziales Netzwerk Informationen über Stellenangebote generieren, sollten Personen mit großen sozialen Netzwerken eine erhöhte Produktivität ihrer informellen Suche erfahren, und ihre Suche in formellen Kanälen reduzieren. Durch die höhere Produktivität der Suche sollte für diese Personen zudem der Reservationslohn steigen. Die modelltheoretischen Vorhersagen werden empirisch getestet, wobei die Netzwerkinformationen durch die Anzahl guter Freunde, sowie Kontakthäufigkeit zu früheren Kollegen approximiert wird. Die Ergebnisse zeigen, dass das Suchverhalten der Arbeitslosen durch das Vorhandensein sozialer Kontakte signifikant beeinflusst wird. Insbesondere sinkt mit der Netzwerkgröße formelle Arbeitssuche - die Substitution ist besonders ausgeprägt für passive formelle Suchmethoden, d.h. Informationsquellen die eher unspezifische Arten von Jobangeboten bei niedrigen relativen Kosten erzeugen. Im Einklang mit den Vorhersagen des theoretischen Modells finden sich auch deutlich positive Auswirkungen einer Erhöhung der Netzwerkgröße auf den Reservationslohn. Kapitel 2 befasst sich mit den Arbeitsmarkteffekten von Vermittlungsangeboten (VI) in der frühzeitigen Aktivierungsphase von Arbeitslosen. Die Nutzung von VI könnte dabei eine „doppelte Dividende“ versprechen. Zum einen reduziert die frühe Aktivierung die Dauer der Arbeitslosigkeit, und somit auch die Notwendigkeit späterer Teilnahme in Arbeitsmarktprogrammen (ALMP). Zum anderen ist die Aktivierung durch Information mit geringeren locking-in‘‘ Effekten verbunden als die Teilnahme in ALMP. Ziel der Analyse ist es, die Effekte von frühen VI auf die Eingliederungsgeschwindigkeit, sowie die Teilnahmewahrscheinlichkeit in ALMP zu messen. Zudem werden mögliche Effekte auf die Qualität der Beschäftigung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass VI die Beschäftigungswahrscheinlichkeit signifikant erhöhen, und dass gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit in ALMP teilzunehmen signifikant reduziert wird. Für die meisten betrachteten Subgruppen ergibt sich die langfristige Reduktion der ALMP Teilnahme als Konsequenz der schnelleren Eingliederung. Für einzelne Arbeitsmarktgruppen ergibt sich zudem eine frühe und temporare Reduktion, was darauf hinweist, dass Maßnahmen mit hohen und geringen „locking-in“ Effekten aus Sicht der Sachbearbeiter austauschbar sind, was aus Effizienzgesichtspunkten fragwürdig ist. Es wird ein geringer negativer Effekt auf die wöchentliche Stundenanzahl in der ersten abhängigen Beschäftigung nach Arbeitslosigkeit beobachtet. In Kapitel 3 werden die Langzeiteffekte von ALMP für arbeitslose Jugendliche unter 25 Jahren ermittelt. Die untersuchten ALMP sind ABM-Maßnahmen, Lohnsubventionen, kurz-und langfristige Maßnahmen der beruflichen Bildung sowie Maßnahmen zur Förderung der Teilnahme an Berufsausbildung. Ab Eintritt in die Maßnahme werden Teilnehmer und Nicht-Teilnehmer für einen Zeitraum von sechs Jahren beobachtet. Als Zielvariable wird die Wahrscheinlichkeit regulärer Beschäftigung, sowie die Teilnahme in Ausbildung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Programme, bis auf ABM, positive und langfristige Effekte auf die Beschäftigungswahrscheinlichkeit von Jugendlichen haben. Kurzfristig finden wir jedoch nur für kurze Trainingsmaßnahmen positive Effekte, da lange Trainingsmaßnahmen und Lohnzuschüsse mit signifikanten locking-in‘‘ Effekten verbunden sind. Maßnahmen zur Förderung der Berufsausbildung erhöhen die Wahrscheinlichkeit der Teilnahme an einer Ausbildung, während alle anderen Programme keinen oder einen negativen Effekt auf die Ausbildungsteilnahme haben. Jugendliche mit höherem Ausbildungsniveau profitieren stärker von der Programmteilnahme. Jedoch zeigen sich für längerfristige Lohnsubventionen ebenfalls starke positive Effekte für Jugendliche mit geringer Vorbildung. Der relative Nutzen von Trainingsmaßnahmen ist höher in West- als in Ostdeutschland. In den Evaluationsstudien der Kapitel 2 und 3 werden die semi-parametrischen Gewichtungsverfahren Propensity Score Matching (PSM) und Inverse Probability Weighting (IPW) verwendet, um den Einfluss verzerrender Faktoren, die sowohl die Maßnahmenteilnahme als auch die Zielvariablen beeinflussen zu beseitigen, und kausale Effekte der Programmteilahme zu ermitteln. Während PSM and IPW intuitiv und methodisch sehr attraktiv sind, stellt die Implementierung der Methoden in der Praxis jedoch oft eine große Herausforderung dar. Das Ziel von Kapitel 4 ist es daher, praktische Hinweise zur Implementierung dieser Methoden zu geben. Zu diesem Zweck werden neue Erkenntnisse der empirischen und statistischen Literatur zusammengefasst und praxisbezogene Richtlinien für die angewandte Forschung abgeleitet. Basierend auf einer theoretischen Motivation und einer Skizzierung der praktischen Implementierungsschritte von PSM und IPW werden diese Schritte chronologisch dargestellt, wobei auch auf praxisrelevante Erkenntnisse aus der methodischen Forschung eingegangen wird. Im Anschluss werden die Themen Effektschätzung, Inferenz, Sensitivitätsanalyse und die Kombination von IPW und PSM mit anderen statistischen Methoden diskutiert. Abschließend werden neue Erweiterungen der Methodik aufgeführt. KW - empirische Arbeitsmarktforschung KW - Arbeitssuchverhalten KW - Propensity Score Matching KW - Inverse Probability Weighting KW - Aktive Arbeitsmarktpolitik KW - empirical labor market studies KW - job search behavior KW - propensity score matching KW - inverse probability weighting KW - active labor market policies Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71145 ER - TY - THES A1 - Fritz, Thomas T1 - Emotion investigated with music of variable valence : neurophysiology and cultural influence T1 - Emotion untersucht mit Musik variabler Valenz : Neurophysiologie und kultureller Einfluss N2 - Music is a powerful and reliable means to stimulate the percept of both intense pleasantness and unpleasantness in the perceiver. However, everyone’s social experiences with music suggest that the same music piece may elicit a very different valence percept in different individuals. A comparison of music from different historical periods suggests that enculturation modulates the valence percept of intervals and harmonies, and thus possibly also of relatively basic feature extraction processes. Strikingly, it is still largely unknown how much the valence percept is dependent on physical properties of the stimulus and thus mediated by a universal perceptual mechanism, and how much it is dependent on cultural imprinting. The current thesis investigates the neurophysiology of the valence percept, and the modulating influence of culture on several distinguishable sub-processes of music processing, so-called functional modules of music processing, engaged in the mediation of the valence percept. N2 - Musik eignet sich besonders gut, um sowohl intensive Angenehmheit/Lust und Unangenehmheit/Unlust (siehe auch Wundt, 1896), so genannte Valenzperzepte, im Zuhörer hervorzurufen. Jedoch kann derselbe musikalische Stimulus sehr unterschiedliche Valenzperzepte in verschiedenen Zuhörern hervorrufen, was nahe legt, dass das durch Musik vermittelte Valenzperzept zumindest teilweise durch kulturelle Prägung moduliert wird. Ein Vergleich von Musik verschiedener historischer Perioden legt ebenfalls nahe, dass kulturelle Prägung das Valenzperzept des Hörers bei der Wahrnehmung von Intervallen und Harmonien moduliert. Wichtigerweise ist es nach wie vor weitgehend unbekannt, inwiefern das Valenzperzept von physikalischen Eigenschaften des Stimulus (z.B. Rauhigkeit) abhängt - und daher auf einem universellen perzeptiven Mechanismus basiert - oder wie sehr es abhängt von kultureller Prägung. Die vorliegende Dissertation untersucht die Neurophysiologie des Valenzperzepts, sowie den modulierenden Einfluss von Kultur auf mehrere funktionelle Module der Musikwahrnehmung (voneinander unterscheidbare Subprozesse der Musikwahrnehmung), die bei der Entstehung des Valenzperzepts beteiligt sind. KW - Amygdala KW - Emotion KW - Konsonanz KW - Dissonanz KW - Basisemotion KW - emotional expression KW - amygdala KW - consonance KW - basic emotion KW - dissonance Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29114 ER - TY - THES A1 - Riedel, Katja T1 - Elucidation of the epithelial sodium channel as a salt taste receptor candidate and search for novel salt taste receptor candidates T1 - Validierung des epithelialen Natriumkanals als Salzgeschmacksrezeptor und Suche nach unbekannten menschlichen Salzgeschmacksrezeptoren N2 - Salty taste has evolved to maintain electrolyte homeostasis, serving as a detector for salt containing food. In rodents, salty taste involves at least two transduction mechanisms. One is sensitive to the drug amiloride and specific for Na+, involving epithelial sodium channel (ENaC). A second rodent transduction pathway, which is triggered by various cations, is amiloride insensitive and not almost understood to date. Studies in primates showed amiloride-sensitive as well as amiloride-insensitive gustatory responses to NaCl, implying a role of both salt taste transduction pathways in humans. However, sensory studies in humans point to largely amiloride-insensitive sodium taste perception. An involvement of ENaC in human sodium taste perception was not shown, so far. In this study, ENaC subunit protein and mRNA could be localized to human taste bud cells (TBC). Thus, basolateral αβγ-ENaC ion channels are likely in TBC of circumvallate papillae, possibly mediating basolateral sodium entry. Similarly, basolateral βγ-ENaC might play a role in fungiform TBC. Strikingly, δ-ENaC subunit was confined to taste bud pores of both papillae, likely mediating gustatory sodium entry in TBC, either apical or paracellular via tight junctions. However, regional separation of δ-ENaC and βγ-ENaC in fungiform and circumvallate TBC indicate the presence of unknown interaction partner necessary to assemble into functional ion channels. However, screening of a macaque taste tissue cDNA library did neither reveal polypeptides assembling into a functional cation channel by interaction with δ-ENaC or βγ-ENaC nor ENaC independent salt taste receptor candidates. Thus, ENaC subunits are likely involved in human taste transduction, while exact composition and identity of an amiloride (in)sensitive salt taste receptors remain unclear. Localization of δ-ENaC in human taste pores strongly suggests a role in human taste transduction. In contrast, δ-ENaC is classified as pseudogene Scnn1d in mouse. However, no experimental detected sequences are annotated, while evidences for parts of Scnn1d derived mRNAs exist. In order to elucidate if Scnn1d is possibly involved in rodent salt taste perception, Scnn1d was evaluated in this study to clarify if Scnn1d is a gene or a transcribed pseudogene in mice. Comparative mapping of human SCNN1D to mouse chromosome 4 revealed complete Scnn1d sequence as well as its pseudogenization by Mus specific endogenous retroviruses. Moreover, tissue specific transcription of unitary Scnn1d pseudogene was found in mouse vallate papillae, kidney and testis and led to identification of nine Scnn1d transcripts. In vitro translation experiments showed that Scnn1d transcripts are coding competent for short polypeptides, possibly present in vivo. However, no sodium channel like function or sodium channel modulating activity was evident for Scnn1d transcripts and/or derived polypeptides. Thus, an involvement of mouse δ-ENaC in sodium taste transduction is unlikely and points to species specific differences in salt taste transduction mechanisms. N2 - Der Salzgeschmack ermöglicht elektrolytreiche Nahrungsquellen zu erkennen und ist eine essentielle Komponente für den Erhalt des Elektrolythaushalts. In Nagern sind bisher zwei Mechanismen bekannt, welche an der Vermittlung des Salzgeschmacks beteiligt sind. Ein Natrium-spezifischer, Amilorid-sensitiver Signaltransduktionsweg wird über den epithelialen Natriumkanal (ENaC) vermittelt. Ein weiterer, bisher ungeklärter Transduktionsweg, ist Amilorid-unempfindlich und wird durch verschiedene Kationen vermittelt. Studien in Primaten konnten Amilorid-sensitive als auch -insensitive gustatorische Signaltransduktionswege nachweisen, wohingegen sensorische Studien auf eine Amilorid-Unempfindlichkeit des Natrium-spezifischen humanen Salzgeschmacks hinweisen. Eine Beteiligung des ENaC bei der Vermittlung des menschlichen Salzgeschmacks wurde bislang nicht gezeigt. In dieser Arbeit konnte die mRNA als auch Proteine von ENaC Untereineiten in menschlichen Geschmacksrezeptorzellen (GRZ) lokalisiert werden. Demzufolge, sind αβγ-ENaC Ionenkanäle möglicherweise an einem basolateralen Natriumeinstrom in circumvallaten GRZ beteiligt. Die basolaterale Lokalisation von βγ-ENaC in fungiformen GRZ weißt auf eine gleichartige Funktion hin. Die außergewöhnliche Lokalisation der δ-ENaC Untereineit ausschließlich in der Porenregion von Geschmacksknospen beider Geschmackspapillen, legt eine Beteiligung dieser ENaC Untereinheit bei der Vermittlung geschmacksrelevanter apikaler bzw. transzellulärer Natriumströme nahe. Gleichwohl weist die räumliche Trennung von apikalen δ-ENaC und basolateralen βγ-ENaC auf die Existenz unbekannter Interaktionspartner hin, da beide getrennt voneinander nicht in der Lage sind effektive Natriumkanäle zu assemblieren. Die Durchmusterung einer geschmacksrelevanten cDNA Bibliothek führte weder zur Identifikation von ENaC Interaktionspartnern, noch von ENaC unabhängigen Polypeptiden, welche in der Lage sind einen Kationenkanal zu bilden. Die genaue Zusammensetzung humaner Amilorid- (in)sensitiver Salzrezeptoren bleibt daher unklar und ein spannendes Feld. Der Nachweis von ENaC in humanen GRZ und insbesondere die Poren assoziierte Lokalisation der δ-ENaC Untereinheit impliziert eine wichtige Rolle bei der gustatorischen Signaltransduktion. Erstaunlicherweise ist die orthologe δ-ENaC Untereinheit der Maus als Scnn1d Pseudogen klassifiziert. Neben dieser automatischen Annotierung sind keine experimentell ermittelten Sequenzen in Datenbanken hinterlegt obwohl Scnn1d abgeleitete mRNA nachgewiesen werden konnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht ob Scnn1d ein Gen oder ein transkribiertes Pseudogen ist, um eine mögliche Rolle bei der Transduktion des murinen Salzgeschmacks zu klären. Durch Sequenzabgleich mit humanen SCNN1D konnte das vollständige Scnn1d Gen auf dem Chromosom 4 der Maus identifiziert werden, wobei sich dessen Pseudogenisierung durch Mus spezifische endogene Retroviren zeigte. Darüber hinaus wurden neun gewebsspezifische Scnn1d Transkripte nachgewiesen, welche für kurze Polypeptide kodieren. Eine mögliche Funktion derselben als Ionenkanal bzw. eine modulatorische Funktion konnte nicht gezeigt werden. Eine Beteiligung des pseudogenisierten δ-ENaC an der Vermittlung des Salzgeschmacks der Maus ist daher unwahrscheinlich und deutet auf Speziesunterschiede der Salzgeschmacksvermittlung hin. KW - ENaC KW - Salzgeschmack KW - ENaC KW - salt taste perception Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58764 ER - TY - THES A1 - Moreno Curtidor, Catalina T1 - Elucidating the molecular basis of enhanced growth in the Arabidopsis thaliana accession Bur-0 N2 - The life cycle of flowering plants is a dynamic process that involves successful passing through several developmental phases and tremendous progress has been made to reveal cellular and molecular regulatory mechanisms underlying these phases, morphogenesis, and growth. Although several key regulators of plant growth or developmental phase transitions have been identified in Arabidopsis, little is known about factors that become active during embryogenesis, seed development and also during further postembryonic growth. Much less is known about accession-specific factors that determine plant architecture and organ size. Bur-0 has been reported as a natural Arabidopsis thaliana accession with exceptionally big seeds and a large rosette; its phenotype makes it an interesting candidate to study growth and developmental aspects in plants, however, the molecular basis underlying this big phenotype remains to be elucidated. Thus, the general aim of this PhD project was to investigate and unravel the molecular mechanisms underlying the big phenotype in Bur-0. Several natural Arabidopsis accessions and late flowering mutant lines were analysed in this study, including Bur-0. Phenotypes were characterized by determining rosette size, seed size, flowering time, SAM size and growth in different photoperiods, during embryonic and postembryonic development. Our results demonstrate that Bur-0 stands out as an interesting accession with simultaneously larger rosettes, larger SAM, later flowering phenotype and larger seeds, but also larger embryos. Interestingly, inter-accession crosses (F1) resulted in bigger seeds than the parental self-crossed accessions, particularly when Bur-0 was used as the female parental genotype, suggesting parental effects on seed size that might be maternally controlled. Furthermore, developmental stage-based comparisons revealed that the large embryo size of Bur-0 is achieved during late embryogenesis and the large rosette size is achieved during late postembryonic growth. Interestingly, developmental phase progression analyses revealed that from germination onwards, the length of developmental phases during postembryonic growth is delayed in Bur-0, suggesting that in general, the mechanisms that regulate developmental phase progression are shared across developmental phases. On the other hand, a detailed physiological characterization in different tissues at different developmental stages revealed accession-specific physiological and metabolic traits that underlie accession-specific phenotypes and in particular, more carbon resources during embryonic and postembryonic development were found in Bur-0, suggesting an important role of carbohydrates in determination of the bigger Bur-0 phenotype. Additionally, differences in the cellular organization, nuclei DNA content, as well as ploidy level were analyzed in different tissues/cell types and we found that the large organ size in Bur-0 can be mainly attributed to its larger cells and also to higher cell proliferation in the SAM, but not to a different ploidy level. Furthermore, RNA-seq analysis of embryos at torpedo and mature stage, as well as SAMs at vegetative and floral transition stage from Bur-0 and Col-0 was conducted to identify accession-specific genetic determinants of plant phenotypes, shared across tissues and developmental stages during embryonic and postembryonic growth. Potential candidate genes were identified and further validation of transcriptome data by expression analyses of candidate genes as well as known key regulators of organ size and growth during embryonic and postembryonic development confirmed that the high confidence transcriptome datasets generated in this study are reliable for elucidation of molecular mechanisms regulating plant growth and accession-specific phenotypes in Arabidopsis. Taken together, this PhD project contributes to the plant development research field providing a detailed analysis of mechanisms underlying plant growth and development at different levels of biological organization, focusing on Arabidopsis accessions with remarkable phenotypical differences. For this, the natural accession Bur-0 was an ideal outlier candidate and different mechanisms at organ and tissue level, cell level, metabolism, transcript and gene expression level were identified, providing a better understanding of different factors involved in plant growth regulation and mechanisms underlying different growth patterns in nature. N2 - Der Lebenszyklus blühender Pflanzen ist ein dynamischer Prozess, der das erfolgreiche Durchlaufen mehrerer Entwicklungsphasen impliziert. Es wurden enorme Fortschritte gemacht, um zelluläre und molekulare Regulationsmechanismen zu entschlüsseln, die diesen Phasen, der Morphogenese und dem Wachstum zu Grunde liegen. Obwohl mehrere Schlüsselregulatoren des Pflanzenwachstums oder der Entwicklungsphasenübergänge in Arabidopsis identifiziert wurden, ist nur wenig über Faktoren bekannt, die sowohl während der Embryogenese als auch während der Samenentwicklung und dem weiteren Wachstum aktiv werden. Noch viel weniger ist über akzessionspezifische Faktoren bekannt, die die Pflanzenarchitektur und Organgröße bestimmen. Bur-0 wurde als eine natürliche Arabidopsis-Akzession mit außergewöhnlich großen Samen und großer Blattrosette beschrieben. Ihr Phänotyp macht sie zu einem interessanten Kandidaten für die Untersuchung von Wachstums- und Entwicklungsaspekten in Pflanzen, jedoch muss die molekulare Basis, die diesem großen Phänotyp unterliegt, noch entschlüsselt werden. Daher war das allgemeine Ziel dieser Doktorarbeit, die molekularen Mechanismen, die dem großen Phänotyp in Bur-0 zu Grunde liegen, zu entschlüsseln und zu verstehen. Mehrere natürliche Arabidopsis-Akzessionen und spät blühende Mutantenlinien wurden in dieser Studie analysiert, so auch Bur-0. Die Phänotypen wurden durch eine detaillierte Analyse der Rosettengröße, der Samengröße, der Blütezeit, der Sprossapikalmeristemgröße und des Wachstums in verschiedenen Photoperioden, während der embryonalen und postembryonalen Entwicklung charakterisiert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Bur-0 als interessanter Akzession mit gleichzeitig größeren Blattrosetten, größerem Sprossapikalmeristem (SAM), späterem Blühphänotyp und größeren Samen, aber auch größeren Embryonen auffällt. Interessanterweise führten Kreuzungen zwischen den Akzessionen (F1) zu größeren Samen als die elterlichen selbstgekreuzten Akzessionen, insbesondere wenn Bur-0 als weiblicher elterlicher Genotyp verwendet wurde, was auf elterliche Effekte auf die Samengröße hindeutet, die möglicherweise mütterlicherseits kontrolliert werden. Darüber hinaus ergaben Vergleiche auf Basis von Entwicklungsstadien, dass die große Embryogröße von Bur-0 während der späten Embryogenese erreicht wird und die große Blattrosette während des späten postembryonalen Wachstums. Interessanterweise ergaben Analysen der Entwicklungsphasenprogression, dass ab der Keimung die Länge der Entwicklungsphasen während des postembryonalen Wachstums bei Bur-0 verzögert ist, was darauf hindeutet, dass im Allgemeinen die Mechanismen, die die Entwicklungsphasenprogression regulieren, über die Entwicklungsphasen hinweg geteilt werden. Andererseits ergab eine detaillierte physiologische Charakterisierung in verschiedenen Geweben in unterschiedlichen Entwicklungsstadien akzession-spezifische physiologische und metabolische Merkmale, die den akzession-spezifischen Phänotypen zu Grunde liegen. Insbesondere wurden mehr Kohlenstoff-Ressourcen, während der embryonalen und postembryonalen Entwicklung in Bur-0 gefunden, was auf eine wichtige Rolle von Kohlenhydraten bei der Bestimmung des größeren Bur-0-Phänotyps hindeutet. Zusätzlich wurden Unterschiede in der zellulären Organisation, dem DNA-Gehalt der Nuklei sowie dem Ploidiegrad in verschiedenen Geweben/Zelltypen analysiert und wir fanden heraus, dass die größere Organgröße in Bur-0 hauptsächlich auf die größeren Zellen und auch auf eine höhere Zellproliferation im SAM zurückzuführen ist, aber nicht auf einen anderen Ploidiegrad. Darüber hinaus wurden RNA-seq-Analysen von Embryonen im Torpedo- und Reifestadium sowie SAMs im vegetativen und Florenübergangsstadium von Bur-0 und Col-0 durchgeführt, um akzession-spezifische genetische Faktoren für Pflanzenphänotypen zu identifizieren, die in allen Geweben und Entwicklungsstadien während des embryonalen und postembryonalen Wachstums auftreten. Potenzielle Kandidatengene wurden identifiziert und eine weitere Validierung der Transkriptomdaten durch Expressionsanalysen neuartiger Kandidatengene sowie bekannter Schlüsselregulatoren für Organgröße und -wachstum während der embryonalen und postembryonalen Entwicklung bestätigte, dass die in dieser Studie generierten Transkriptomdatensätze mit hoher Zuverlässigkeit für die Aufklärung molekularer Mechanismen zur Regulierung des Pflanzenwachstums und akzessionspezifischer Phänotypen in Arabidopsis geeignet sind. Insgesamt trägt diese Doktorarbeit zur Forschung im Bereich der Pflanzenentwicklung bei, indem sie eine detaillierte Analyse der Mechanismen liefert, die dem Wachstum und der Entwicklung auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation zu Grunde liegen, wobei der Schwerpunkt auf Arabidopsis-Akzessionen mit bemerkenswerten phänotypischen Unterschieden liegt. Dafür war die natürliche Akzession Bur-0 ein idealer Ausreißerkandidat und es wurden verschiedene Mechanismen auf Organ- und Gewebeebene, Zellebene, Stoffwechsel, Transkript- und Genexpressionsniveau identifiziert, was ein besseres Verständnis der verschiedenen Faktoren, die an der Regulierung des Pflanzenwachstums beteiligt sind, und der Mechanismen, die den verschiedenen Wachstumsmustern in der Natur zu Grunde liegen, ermöglicht. KW - Plant development KW - Plant growth KW - Arabidopsis thaliana KW - Phenotype KW - Transcriptome KW - Pflanzenentwicklung KW - Pflanzenwachstum KW - Arabidopsis thaliana KW - Phänotyp KW - Transkriptom Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-526814 ER - TY - THES A1 - Dyachenko, Evgeniya T1 - Elliptic problems with small parameter T1 - Elliptische Problemen mit kleinem Parameter N2 - In this thesis we consider diverse aspects of existence and correctness of asymptotic solutions to elliptic differential and pseudodifferential equations. We begin our studies with the case of a general elliptic boundary value problem in partial derivatives. A small parameter enters the coefficients of the main equation as well as into the boundary conditions. Such equations have already been investigated satisfactory, but there still exist certain theoretical deficiencies. Our aim is to present the general theory of elliptic problems with a small parameter. For this purpose we examine in detail the case of a bounded domain with a smooth boundary. First of all, we construct formal solutions as power series in the small parameter. Then we examine their asymptotic properties. It suffices to carry out sharp two-sided \emph{a priori} estimates for the operators of boundary value problems which are uniform in the small parameter. Such estimates failed to hold in functional spaces used in classical elliptic theory. To circumvent this limitation we exploit norms depending on the small parameter for the functions defined on a bounded domain. Similar norms are widely used in literature, but their properties have not been investigated extensively. Our theoretical investigation shows that the usual elliptic technique can be correctly carried out in these norms. The obtained results also allow one to extend the norms to compact manifolds with boundaries. We complete our investigation by formulating algebraic conditions on the operators and showing their equivalence to the existence of a priori estimates. In the second step, we extend the concept of ellipticity with a small parameter to more general classes of operators. Firstly, we want to compare the difference in asymptotic patterns between the obtained series and expansions for similar differential problems. Therefore we investigate the heat equation in a bounded domain with a small parameter near the time derivative. In this case the characteristics touch the boundary at a finite number of points. It is known that the solutions are not regular in a neighbourhood of such points in advance. We suppose moreover that the boundary at such points can be non-smooth but have cuspidal singularities. We find a formal asymptotic expansion and show that when a set of parameters comes through a threshold value, the expansions fail to be asymptotic. The last part of the work is devoted to general concept of ellipticity with a small parameter. Several theoretical extensions to pseudodifferential operators have already been suggested in previous studies. As a new contribution we involve the analysis on manifolds with edge singularities which allows us to consider wider classes of perturbed elliptic operators. We examine that introduced classes possess a priori estimates of elliptic type. As a further application we demonstrate how developed tools can be used to reduce singularly perturbed problems to regular ones. N2 - In dieser Dissertation betrachten wir verschiedene Aspekte der Existenz und Korrektheit asymptotischer Lösungen für elliptische Differentialgleichungen und Pseudodifferentialgleichungen. Am Anfang betrachtet die Arbeit den Fall eines allgemeinen elliptischen Grenzwertproblems in partiellen Ableitungen. Hierbei hängen die Koeffizienten von einem kleinen Parameter ab. Solche Gleichungen wurden schon reichlich untersucht, aber es gibt immer noch theoretische Lücken. Unser Ziel ist eine allgemeine Theorie elliptischer Operatorklassen mit kleinen Parametern. Zu diesem Zweck untersuchen wir im Detail den Fall eines beschränkten Gebietes mit glattem Rand. Zuerst konstruieren wir formale Lösungen als Potenzreihe einer kleinen Variablen. Weiter untersuchen wir ihre asymptotischen Eigenschaften. Dazu reicht es aus, beidseitige A-Priori Abschätzungen für diejenigen Randwertproblemoperatoren zu bestimmen, die gleichmäßig stetig von den kleinen Parametern abhängen. Solche Abschätzungen gelten nicht in Funktionenräumen, die in der klassischen elliptischen Theorie benutzt werden. Um diese Beschränkungen zu überwinden, nutzen wir Normen abhängig vom kleinen Parameter. Änliche Normen finden sich oft in der Literatur, aber ihre Eigenschaften wurden unzureichend untersucht. Unsere theoretische Forschung zeigt, dass die gewöhnliche elliptische Methode korrekt durchgeführt werden kann. Die erhaltenen Abschätzungen erlauben das Fortsetzen der Normen auf kompakte Mannigfältigkeiten mit Rand. Unsere Forschung wird mit algebraischen Bedingungen für die Operatoren abgeschlossen. Wir zeigen, dass diese Bedingungen äquivalent zu der Existenz der A-Priori-Abschätzungen sind. Im zweiten Schritt erweitern wir das Konzept der Elliptizität mit kleinen Parametern zu allgemeineren Operatorklassen. Zuerst wollen wir den Unterschied in asymptotischen Mustern zwischen der erhaltenen Reihe und Lösungen ähnlicher Probleme untersuchen. Deshalb untersuchen wir die Wärmeleitungsgleichung in einem beschränkten Gebiet mit einem kleinen Parameter in der Zeitableitung. In diesem Fall tangiert der Rand die Charakteristik endlich oft. Es ist bekannt, dass die Lösungen unregulär im Allgemeinen in Umgebungen solcher Stellen sind. Wir nehmen an, dass der Rand an solchen Stellen nicht glätt sein kann und kaspydalische Singularitäten hat. Wir haben eine formale asymptotische Zerlegung gefunden und einen Schwellenwert gezeigt, sodass die asymptotische Eigenschaft der Reihe nicht mehr gilt, wenn der Randparameter diesen Schwellenwert übersteigt. Der letze Teil der Arbeit führt ein allgemeines Konzept der Elliptizit\"at mit einem kleinen Parameter ein. Mehrere theoretische Erweiterungen auf Pseudodifferentialoperatoren wurden schon in früheren Studien vorgeschlagen. Als neuen Beitrag wenden wir die Analysis auf Manigfältigkeiten mit Kantensingularitäten an. Dies lässt es zu, allgemeinere gestörte Operatorklassen zu betrachten. Wir beobachten, dass die eingef\"uhrten Klassen A-Priori-Abschätzungen elliptischer Gestalt haben. Als weitere Anwendung demonstrieren wir, wie die entwickelten Mittel zum Reduzieren singular gestörter Probleme zu regulären Fällen benutzt werden können. KW - elliptische Gleichungen KW - kleine Parameter KW - elliptic problems KW - small parameter KW - boundary layer Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72056 ER - TY - THES A1 - Erbe, Andreas T1 - Ellipsometrische Lichtstreuung als neue Methode zur Charakterisierung der Grenzfläche von Kolloiden N2 - Die ellipsometrische Lichtstreuung wird als eine neue, leistungsfähige Methode zur Charakterisierung von Schichten um kolloidale Partikel vorgestellt. Theoretische Grundlage der Methode ist die Mie-Theorie der Lichtstreuung. Experimentell wurde die Polarisationsoptik eines Null-Ellipsometers in den Strahlengang eines Lichtstreuaufbaus eingebaut. Wie in der Reflexionsellipsometrie um den Brewsterwinkel herum erhält man in der ellipsometrischen Streuung einen Winkelbereich, in dem die Methode empfindlich auf Schichten an der Oberfläche der Partikel ist. An verschiedenen Systemen wurde die Tauglichkeit der ellipsometrischen Streuung zur Charakterisierung von Schichten auf Partikeln demonstriert. So wurden Dicke und Brechungsindex einer thermosensitiven Schicht von Poly(N-isopropylacrylamid) auf einem Poly(methylmethacrylat)-Kern bestimmt. Damit ist es möglich, experimentell den Schichtbrechungsindex und damit den Quellungsgrad zu bestimmen. Des Weiteren wurde der Einfluss der NaCl-Konzentration auf die Polyelektrolythülle von Poly(methylmethacrylat)-Poly(styrolsulfonat)-Blockcopolymer-Partikeln untersucht. Die Polyelektrolytketten liegen im hier untersuchten Beispiel nicht gestreckt vor. Als drittes wurde die Verteilung von niedermolekularen Ionen um elektrostatisch stabilisierte Poly(styrol)-Latexpartikel in Wasser untersucht. Hier wurde gezeigt, dass die beobachteten Schichtdicken und Schichtbrechungsindizes viel größer sind, als nach der klassischen Poisson-Boltzmann-Theorie zu erwarten ist. Des Weiteren wurde die Doppelbrechung von unilamellaren Lipidvesikeln bestimmt. Außerdem wurden Messungen der dynamische Lichtstreuung im Intensitätsminimum der Ellipsometrie durchgeführt. Dabei wird ein Prozess mit einer Korrelationszeit, die unabhängig vom Streuvektor, aber abhängig von der verwendeten Wellenlänge ist, sichtbar. Die Natur dieses Prozesses konnte hier nicht vollständig geklärt werden. N2 - Ellipsometric light scattering is introduced as a new and powerful technique to characterize layers on colloidal particles. For the experiments, the polarization optics used reflection ellipsometry was installed in the beam of a light scattering setup. Using the priciples of null ellipsometry, a small range of scattering angles is obtained, were the method is sensitive to layers on the surface of colloidal particles. This is an analogy to the layer sensitivity of reflection ellipsometry at planer interfaces close to the Brewster angle. The theoretical basis for ellipsometric scattering is the Mie theory with its modern supplements. The feasibility of characterizing layers on colloidal particles was demonstrated with several systems. First, layer thickness and layer refractive index of poly(N-isopropylacrylamide) layers on a poly(methylmethacrylate) core were determined. This was the first time that the refractive index and with that the degree of swelling of a layer was directly determined in an scattering experiment. Second, polyelectrolyte layers on Poly(methylmethacrylate)-Poly(styrenesulfonate)-blockcopolymer particles were characterized. The influence of the salt concentration on the parameters of the layer was determined. The results show that the polyelectrolyte chains in the system investigated are not streched. Third, layers of ions around electrostatically-stabilized poly(styrene) particles were characterized. The layer thickness and layer refractive index in these examples are shown to be much larger than predicted by the classical Poisson-Boltzmann-theory. In addition, the birefringence of lipid vesicles was determined. Another interesting application of the ellipsometric scattering is the dynamic light scattering with ellipsometric optics. Its results show a characteristic process with a correlation time independent of the scattering vector, but wavelength dependent. The origin of this mode is not yet completely clarified. T2 - Ellipsometrische Lichtstreuung als neue Methode zur Charakterisierung der Grenzfläche von Kolloiden KW - Ellipsometrie KW - Lichtstreuung KW - Grenzfläche KW - Kolloide KW - Ionenverteilung KW - Lipide KW - Polyelektrolyte KW - ellipsometry KW - light scattering KW - interface KW - colloids KW - ion distribution KW - lipids KW - polyelectrolytes Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001565 ER - TY - THES A1 - Schubert, Marcel T1 - Elementary processes in layers of electron transporting Donor-acceptor copolymers : investigation of charge transport and application to organic solar cells T1 - Elementare Prozesse in Schichten elektronen-transportierender Donator-Akzeptor-Copolymere : Untersuchung des Ladungstransports und Anwendung in Organischen Solarzellen N2 - Donor-acceptor (D-A) copolymers have revolutionized the field of organic electronics over the last decade. Comprised of a electron rich and an electron deficient molecular unit, these copolymers facilitate the systematic modification of the material's optoelectronic properties. The ability to tune the optical band gap and to optimize the molecular frontier orbitals as well as the manifold of structural sites that enable chemical modifications has created a tremendous variety of copolymer structures. Today, these materials reach or even exceed the performance of amorphous inorganic semiconductors. Most impressively, the charge carrier mobility of D-A copolymers has been pushed to the technologically important value of 10 cm^{2}V^{-1}s^{-1}. Furthermore, owed to their enormous variability they are the material of choice for the donor component in organic solar cells, which have recently surpassed the efficiency threshold of 10%. Because of the great number of available D-A copolymers and due to their fast chemical evolution, there is a significant lack of understanding of the fundamental physical properties of these materials. Furthermore, the complex chemical and electronic structure of D-A copolymers in combination with their semi-crystalline morphology impede a straightforward identification of the microscopic origin of their superior performance. In this thesis, two aspects of prototype D-A copolymers were analysed. These are the investigation of electron transport in several copolymers and the application of low band gap copolymers as acceptor component in organic solar cells. In the first part, the investigation of a series of chemically modified fluorene-based copolymers is presented. The charge carrier mobility varies strongly between the different derivatives, although only moderate structural changes on the copolymers structure were made. Furthermore, rather unusual photocurrent transients were observed for one of the copolymers. Numerical simulations of the experimental results reveal that this behavior arises from a severe trapping of electrons in an exponential distribution of trap states. Based on the comparison of simulation and experiment, the general impact of charge carrier trapping on the shape of photo-CELIV and time-of-flight transients is discussed. In addition, the high performance naphthalenediimide (NDI)-based copolymer P(NDI2OD-T2) was characterized. It is shown that the copolymer posses one of the highest electron mobilities reported so far, which makes it attractive to be used as the electron accepting component in organic photovoltaic cells.\par Solar cells were prepared from two NDI-containing copolymers, blended with the hole transporting polymer P3HT. I demonstrate that the use of appropriate, high boiling point solvents can significantly increase the power conversion efficiency of these devices. Spectroscopic studies reveal that the pre-aggregation of the copolymers is suppressed in these solvents, which has a strong impact on the blend morphology. Finally, a systematic study of P3HT:P(NDI2OD-T2) blends is presented, which quantifies the processes that limit the efficiency of devices. The major loss channel for excited states was determined by transient and steady state spectroscopic investigations: the majority of initially generated electron-hole pairs is annihilated by an ultrafast geminate recombination process. Furthermore, exciton self-trapping in P(NDI2OD-T2) domains account for an additional reduction of the efficiency. The correlation of the photocurrent to microscopic morphology parameters was used to disclose the factors that limit the charge generation efficiency. Our results suggest that the orientation of the donor and acceptor crystallites relative to each other represents the main factor that determines the free charge carrier yield in this material system. This provides an explanation for the overall low efficiencies that are generally observed in all-polymer solar cells. N2 - Donator-Akzeptor (D-A) Copolymere haben das Feld der organischen Elektronik revolutioniert. Bestehend aus einer elektronen-reichen und einer elektronen-armen molekularen Einheit,ermöglichen diese Polymere die systematische Anpassung ihrer optischen und elektronischen Eigenschaften. Zu diesen zählen insbesondere die optische Bandlücke und die Lage der Energiezustände. Dabei lassen sie sich sehr vielseitig chemisch modifizieren, was zu einer imensen Anzahl an unterschiedlichen Polymerstrukturen geführt hat. Dies hat entscheidend dazu beigetragen, dass D-A-Copolymere heute in Bezug auf ihren Ladungstransport die Effizienz von anorganischen Halbleitern erreichen oder bereits übetreffen. Des Weiteren lassen sich diese Materialien auch hervorragend in Organischen Solarzellen verwenden, welche jüngst eine Effizienz von über 10% überschritten haben. Als Folge der beträchtlichen Anzahl an unterschiedlichen D-A-Copolymeren konnte das physikalische Verständnis ihrer Eigenschaften bisher nicht mit dieser rasanten Entwicklung Schritt halten. Dies liegt nicht zuletzt an der komplexen chemischen und mikroskopischen Struktur im Film, in welchem die Polymere in einem teil-kristallinen Zustand vorliegen. Um ein besseres Verständnis der grundlegenden Funktionsweise zu erlangen, habe ich in meiner Arbeit sowohl den Ladungstransport als auch die photovoltaischen Eigenschaften einer Reihe von prototypischen, elektronen-transportierenden D-A Copolymeren beleuchtet. Im ersten Teil wurden Copolymere mit geringfügigen chemischen Variationen untersucht. Diese Variationen führen zu einer starken Änderung des Ladungstransportverhaltens. Besonders auffällig waren hier die Ergebnisse eines Polymers, welches sehr ungewöhnliche transiente Strom-Charakteristiken zeigte. Die nähere Untersuchung ergab, dass in diesem Material elektrisch aktive Fallenzustände existieren. Dieser Effekt wurde dann benutzt um den Einfluss solcher Fallen auf transiente Messung im Allgemeinen zu beschreiben. Zusätzlich wurde der Elektronentransport in einem neuartigen Copolymer untersucht, welche die bis dato größte gemesse Elektronenmobilität für konjugierte Polymere zeigte. Darauf basierend wurde versucht, die neuartigen Copolymere als Akzeptoren in Organischen Solarzellen zu implementieren. Die Optimierung dieser Zellen erwies sich jedoch als schwierig, konnte aber erreicht werden, indem die Lösungseigenschaften der Copolymere untersucht und systematisch gesteuert wurden. Im Weiteren werden umfangreiche Untersuchungen zu den relevanten Verlustprozessen gezeigt. Besonders hervorzuheben ist hier die Beobachtung, dass hohe Effizienzen nur bei einer coplanaren Packung der Donator/Akzeptor-Kristalle erreicht werden können. Diese Struktureigenschaft wird hier zum ersten Mal beschrieben und stellt einen wichtigen Erkenntnisgewinn zum Verständnis von Polymersolarzellen dar. KW - Organische Solarzellen KW - Ladungstransport KW - Donator-Akzeptor-Copolymere KW - Alternative Akzeptorpolymere KW - Polymer-Kristalle KW - organic solar cells KW - charge transport KW - Donor-acceptor copolymers KW - alternative electron acceptors KW - polymer crystal orientation Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70791 ER - TY - THES A1 - Eschenlohr, Andrea T1 - Element-resolved ultrafast magnetization dynamics in ferromagnetic alloys and multilayers T1 - Elementaufgelöste ultraschnelle Magnetisierungsdynamik in ferromagnetischen Legierungen und Multilagen N2 - The microscopic origin of ultrafast demagnetization, i.e. the quenching of the magnetization of a ferromagnetic metal on a sub-picosecond timescale after laser excitation, is still only incompletely understood, despite a large body of experimental and theoretical work performed since the discovery of the effect more than 15 years ago. Time- and element-resolved x-ray magnetic circular dichroism measurements can provide insight into the microscopic processes behind ultrafast demagnetization as well as its dependence on materials properties. Using the BESSY II Femtoslicing facility, a storage ring based source of 100 fs short soft x-ray pulses, ultrafast magnetization dynamics of ferromagnetic NiFe and GdTb alloys as well as a Au/Ni layered structure were investigated in laser pump – x-ray probe experiments. After laser excitation, the constituents of Ni50Fe50 and Ni80Fe20 exhibit distinctly different time constants of demagnetization, leading to decoupled dynamics, despite the strong exchange interaction that couples the Ni and Fe sublattices under equilibrium conditions. Furthermore, the time constants of demagnetization for Ni and Fe are different in Ni50Fe50 and Ni80Fe20, and also different from the values for the respective pure elements. These variations are explained by taking the magnetic moments of the Ni and Fe sublattices, which are changed from the pure element values due to alloying, as well as the strength of the intersublattice exchange interaction into account. GdTb exhibits demagnetization in two steps, typical for rare earths. The time constant of the second, slower magnetization decay was previously linked to the strength of spin-lattice coupling in pure Gd and Tb, with the stronger, direct spin-lattice coupling in Tb leading to a faster demagnetization. In GdTb, the demagnetization of Gd follows Tb on all timescales. This is due to the opening of an additional channel for the dissipation of spin angular momentum to the lattice, since Gd magnetic moments in the alloy are coupled via indirect exchange interaction to neighboring Tb magnetic moments, which are in turn strongly coupled to the lattice. Time-resolved measurements of the ultrafast demagnetization of a Ni layer buried under a Au cap layer, thick enough to absorb nearly all of the incident pump laser light, showed a somewhat slower but still sub-picosecond demagnetization of the buried Ni layer in Au/Ni compared to a Ni reference sample. Supported by simulations, I conclude that demagnetization can thus be induced by transport of hot electrons excited in the Au layer into the Ni layer, without the need for direct interaction between photons and spins. N2 - Der mikroskopische Ursprung der ultraschnellen Entmagnetisierung, d.h. des Rückgangs der Magnetisierung eines ferromagnetischen Metalls innerhalb einer Pikosekunde nach Laseranregung, ist bisher nur unvollständig verstanden, trotz umfangreicher experimenteller und theoretischer Arbeiten, die seit der Entdeckung des Effekts vor mehr als 15 Jahren durchgeführt wurden. Zeit- und elementaufgelöster Röntgenzirkulardichroismus kann Einblick in die mikroskopischen Prozesse hinter der ultraschnellen Entmagnetisierung sowie deren Materialabhängigkeit gewähren. Am BESSY II Femtoslicing, einer speicherringbasierten Quelle für 100 fs kurze Röntgenpulse, wurde ultraschnelle Magnetisierungsdynamik von ferromagnetischen NiFe- und GdTb-Legierungen sowie einer Au/Ni-Schichtstruktur in Anregungs-Abfrage-Experimenten untersucht. Nach Laseranregung zeigen die Konstituenten von Ni50Fe50 und Ni80Fe20 deutlich unterscheidbares Verhalten und damit entkoppelte Dynamik, trotz starker Austauschkopplung der Ni- und Fe-Untergitter im Gleichgewichtszustand. Weiterhin variieren die Werte der Zeitkonstanten der Entmagnetisierung von Ni und Fe für Ni50Fe50 und Ni80Fe20, und auch für die jeweiligen reinen Elemente. Diese Unterschiede werden durch die magnetischen Momente der Untergitter erklärt, die sich in den Legierungen gegenüber den reinen Elementen ändern, sowie durch die Stärke der Austauschkopplung zwischen den Untergittern. GdTb zeigt Entmagnetisierung in zwei Stufen, was typisch für Seltene Erden ist. Die Zeitkonstante der langsameren zweiten Stufe wurde kürzlich mit der Stärke der Spin-Gitter-Kopplung in reinem Gd und Tb in Verbindung gebracht, wobei die stärkere, direkte Spin-Gitter-Kopplung in Tb zu schnellerer Entmagnetisierung führt. In GdTb folgt die Entmagnetisierung von Gd auf allen Zeitskalen der von Tb. Dies beruht auf einer verstärkten Kopplung der magnetischen Momente von Gd an das Gitter, über die indirekte Austauschkopplung an die Tb-Momente. Dadurch kann Spindrehimpuls schneller an das Gitter abfließen. Zeitaufgelöste Messungen der Entmagnetisierung einer Ni-Schicht unter einer Au-Deckschicht, deren Dicke ausreichend ist um den anregenden Laserpuls praktisch vollständig zu absorbieren, zeigen eine leicht verzögerte aber trotzdem ultraschnelle Entmagnetisierung im Vergleich mit einer Ni-Referenzprobe. Unterstützt durch Simulationen zeigt sich, dass Entmagnetisierung durch den Transport heißer Elektronen von der Au-Deckschicht in die Ni-Schicht ausgelöst wird, ohne dass direkte Wechselwirkung zwischen Photonen und Spins notwendig ist. KW - Festkörperphysik KW - Magnetismus KW - Magnetisierungsdynamik KW - Ultraschnelle Dynamik KW - Röntgenspektroskopie KW - solid state physics KW - magnetism KW - magnetization dynamics KW - ultrafast dynamics KW - x-ray spectroscopy Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62846 ER - TY - THES A1 - Zühlke, Martin T1 - Elektrosprayionisation Ionenmobilitätsspektrometrie T1 - Electrospray ionization Ion mobility spectrometry BT - Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung zur HPLC-Detektion und zum Reaktionsmonitoring BT - development, characterization and application for HPLC detection and reaction monitoring N2 - Die Elektrosprayionisation (ESI) ist eine der weitverbreitetsten Ionisationstechniken für flüssige Pro-ben in der Massen- und Ionenmobilitäts(IM)-Spektrometrie. Aufgrund ihrer schonenden Ionisierung wird ESI vorwiegend für empfindliche, komplexe Moleküle in der Biologie und Medizin eingesetzt. Überdies ist sie allerdings für ein sehr breites Spektrum an Substanzklassen anwendbar. Die IM-Spektrometrie wurde ursprünglich zur Detektion gasförmiger Proben entwickelt, die hauptsächlich durch radioaktive Quellen ionisiert werden. Sie ist die einzige analytische Methode, bei der Isomere in Echtzeit getrennt und über ihre charakteristische IM direkt identifiziert werden können. ESI wurde in den 90ger Jahren durch die Hill Gruppe in die IM-Spektrometrie eingeführt. Die Kombination wird bisher jedoch nur von wenigen Gruppen verwendet und hat deshalb noch ein hohes Entwick-lungspotential. Ein vielversprechendes Anwendungsfeld ist der Einsatz in der Hochleistungs-flüssigkeitschromatographie (HPLC) zur mehrdimensionalen Trennung. Heutzutage ist die HPLC die Standardmethode zur Trennung komplexer Proben in der Routineanalytik. HPLC-Trennungsgänge sind jedoch häufig langwierig und der Einsatz verschiedener Laufmittel, hoher Flussraten, von Puffern, sowie Laufmittelgradienten stellt hohe Anforderungen an die Detektoren. Die ESI-IM-Spektrometrie wurde in einigen Studien bereits als HPLC-Detektor eingesetzt, war dort bisher jedoch auf Flussratensplitting oder geringe Flussraten des Laufmittels beschränkt. In dieser kumulativen Doktorarbeit konnte daher erstmals ein ESI IM-Spektrometer als HPLC-Detektor für den Flussratenbereich von 200-1500 μl/min entwickelt werden. Anhand von fünf Publi-kationen wurden (1) über eine umfassende Charakterisierung die Eignung des Spektrometers als HPLC-Detektor festgestellt, (2) ausgewählte komplexe Trenngänge präsentiert und (3) die Anwen-dung zum Reaktionsmonitoring und (4, 5) mögliche Weiterentwicklungen gezeigt. Erfolgreich konnten mit dem selbst-entwickelten ESI IM-Spektrometer typische HPLC-Bedingungen wie Wassergehalte im Laufmittel von bis zu 90%, Pufferkonzentrationen von bis zu 10 mM, sowie Nachweisgrenzen von bis zu 50 nM erreicht werden. Weiterhin wurde anhand der komplexen Trennungsgänge (24 Pestizide/18 Aminosäuren) gezeigt, dass die HPLC und die IM-Spektrometrie eine hohe Orthogonalität besitzen. Eine effektive Peakkapazität von 240 wurde so realisiert. Auf der HPLC-Säule koeluierende Substanzen konnten über die Driftzeit getrennt und über ihre IM identifi-ziert werden, sodass die Gesamttrennzeiten erheblich minimiert werden konnten. Die Anwend-barkeit des ESI IM-Spektrometers zur Überwachung chemischer Synthesen wurde anhand einer dreistufigen Reaktion demonstriert. Es konnten die wichtigsten Edukte, Zwischenprodukte und Produkte aller Stufen identifiziert werden. Eine quantitative Auswertung war sowohl über eine kurze HPLC-Vortrennung als auch durch die Entwicklung eines eigenen Kalibrierverfahrens, welches die Ladungskonkurrenz bei ESI berücksichtigt, ohne HPLC möglich. Im zweiten Teil der Arbeit werden zwei Weiterentwicklungen des Spektrometers präsentiert. Eine Möglichkeit ist die Reduzierung des Drucks in den intermediären Bereich (300 - 1000 mbar) mit dem Ziel der Verringerung der benötigten Spannungen. Mithilfe von Streulichtbildern und Strom-Spannungs-Kurven wurden für geringe Drücke eine verminderte Freisetzung der Analyt-Ionen aus den Tropfen festgestellt. Die Verluste konnten jedoch über höhere elektrische Feldstärken ausgeglichen werden, sodass gleiche Nachweisgrenzen bei 500 mbar und bei 1 bar erreicht wurden. Die zweite Weiterentwicklung ist ein neuartiges Ionentors mit Pulsschaltung, welches eine Verdopplung der Auflösung auf bis zu R > 100 bei gleicher Sensitivität ermöglichte. Eine denkbare Anwendung im Bereich der Peptidanalytik wurde mit beachtlichen Auflösungen der Peptide von R = 90 gezeigt. N2 - Electrospray ionization (ESI) is one of the most widespread ionization techniques for liquid samples in mass and ion mobility (IM) spectrometry. Due to its gentle ionization, ESI is often used for sensitive, complex molecules in biology and medicine. However, it is also applicable to a wide range of substance classes. IM spectrometry was originally developed for the detection of gaseous samples, which are mainly ionized by radioactive sources. It is the only analytical method in which isomers can be separated in real time and directly identified by their characteristic IM. ESI was introduced to IM spectrometry by the Hill Group in the 90s. So far, the combination was only used by a limited number of groups and therefore there is still a large development potential. A highly promising field of application is highperformance liquid chromatography (HPLC) for multidimensional separations. At present, HPLC is the standard method for the separation of complex samples in routine analysis. However, HPLC separations are often time-consuming and the use of different solvents, high flow rates, buffers, as well as solvent gradients impose high demands on the detectors. ESI IM spectrometry was already used as an HPLC detector in a number of studies. However, these studies were restricted to splitting or low flow rates of the mobile phase. In this cumulative thesis, an ESI IM spectrometer was developed as an HPLC detector for the flow rate range of 200-1500 μl/min for the first time. Based on five publications, (1) the suitability of the spectrometer as an HPLC detector was comprehensively characterized, (2) selected complex separations are presented, and (3) the application to the reaction monitoring as well as (4, 5) possible further developments are shown. With the in-house developed ESI IM spectrometer, typical HPLC conditions such as water contents in the mobile phase of up to 90%, buffer concentrations of up to 10 mM, as well as detection limits of up to 50 nM, were achieved successfully. Furthermore, on the basis of a complex separation (24 pesticides/18 amino acids), it could be demonstrated that HPLC and IM spectrometry possess a high degree of orthogonality. An effective peak capacity of 240 was thus realized. Substances coeulating on the HPLC column could be separated in the drift time and were identified by their IM. Thus, the overall separation times could be significantly reduced. The applicability of the ESI IM spectrometer for the monitoring of chemical syntheses was demonstrated for a three-stage reaction. The main starting materials, intermediates and products of all stages could be identified. A quantitative evaluation was possible both by means of a short HPLC pre-separation as well as by a newly developed calibration procedure, which takes charge competition during ESI into account, without HPLC. In the second part of the thesis, two further developments of the spectrometer are presented. One possibility is a reduction of the pressure to the intermediate range (300 - 1000 mbar) with the aim of reducing the required voltages. With the help of scattered light images and current-voltage curves, a reduced release of analyte ions from the droplets was determined at low pressures. However, these losses could be compensated for by higher electric field strengths. Therefore, the same detection limits were achieved at 500 mbar and at 1 bar. The second development is a novel ion gate with pulse switching, which allows a doubling of the resolution up to R > 100 with equal sensitivity. A possible application in the field of peptide analysis was demonstrated, achieving a considerable resolutions of R = 90 for the peptides. KW - HPLC KW - HPLC KW - Ionenmobilitätsspektrometrie KW - Elektrosprayionisation KW - ion mobility spectrometry KW - electrospray ionization (ESI) Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407452 ER - TY - THES A1 - Önel, Hakan T1 - Electron acceleration in a flare plasma via coronal circuits T1 - Elektronenbeschleunigung im Flareplasma modelliert mit koronalen Schaltkreisen N2 - The Sun is a star, which due to its proximity has a tremendous influence on Earth. Since its very first days mankind tried to "understand the Sun", and especially in the 20th century science has uncovered many of the Sun's secrets by using high resolution observations and describing the Sun by means of models. As an active star the Sun's activity, as expressed in its magnetic cycle, is closely related to the sunspot numbers. Flares play a special role, because they release large energies on very short time scales. They are correlated with enhanced electromagnetic emissions all over the spectrum. Furthermore, flares are sources of energetic particles. Hard X-ray observations (e.g., by NASA's RHESSI spacecraft) reveal that a large fraction of the energy released during a flare is transferred into the kinetic energy of electrons. However the mechanism that accelerates a large number of electrons to high energies (beyond 20 keV) within fractions of a second is not understood yet. The thesis at hand presents a model for the generation of energetic electrons during flares that explains the electron acceleration based on real parameters obtained by real ground and space based observations. According to this model photospheric plasma flows build up electric potentials in the active regions in the photosphere. Usually these electric potentials are associated with electric currents closed within the photosphere. However as a result of magnetic reconnection, a magnetic connection between the regions of different magnetic polarity on the photosphere can establish through the corona. Due to the significantly higher electric conductivity in the corona, the photospheric electric power supply can be closed via the corona. Subsequently a high electric current is formed, which leads to the generation of hard X-ray radiation in the dense chromosphere. The previously described idea is modelled and investigated by means of electric circuits. For this the microscopic plasma parameters, the magnetic field geometry and hard X-ray observations are used to obtain parameters for modelling macroscopic electric components, such as electric resistors, which are connected with each other. This model demonstrates that such a coronal electric current is correlated with large scale electric fields, which can accelerate the electrons quickly up to relativistic energies. The results of these calculations are encouraging. The electron fluxes predicted by the model are in agreement with the electron fluxes deduced from the measured photon fluxes. Additionally the model developed in this thesis proposes a new way to understand the observed double footpoint hard X-ray sources. N2 - Die Sonne ist ein Stern, der aufgrund seiner räumlichen Nähe einen großen Einfluss auf die Erde hat. Seit jeher hat die Menschheit versucht die "Sonne zu verstehen" und besonders im 20. Jahrhundert gelang es der Wissenschaft viele der offenen Fragen mittels Beobachtungen zu beantworten und mit Modellen zu beschreiben. Die Sonne ist ein aktiver Stern, dessen Aktivität sich in seinem magnetischen Zyklus ausdrückt, welcher in enger Verbindung zu den Sonnenfleckenzahlen steht. Flares spielen dabei eine besondere Rolle, da sie hohe Energien auf kurzen Zeitskalen freisetzen. Sie werden begleitet von erhöhter Strahlungsemission über das gesamte Spektrum hinweg und setzen darüber hinaus auch energetische Teilchen frei. Beobachtungen von harter Röntgenstrahlung (z.B. mit der RHESSI Raumsonde der NASA) zeigen, dass ein großer Teil der freigesetzten Energie in die kinetische Energie von Elektronen transferiert wird. Allerdings ist nach wie vor nicht verstanden, wie die Beschleunigung der vielen Elektronen auf hohe Energien (jenseits von 20 keV) in Bruchteilen einer Sekunde erfolgt. Die vorliegende Arbeit präsentiert ein Model für die Erzeugung von energetischen Elektronen während solarer Flares, das auf mit realen Beobachtungen gewonnenen Parametern basiert. Danach bauen photosphärische Plasmaströmungen elektrische Spannungen in den aktiven Regionen der Photosphäre auf. Für gewöhnlich sind diese Potentiale mit elektrischen Strömen verbunden, die innerhalb der Photosphäre geschlossen sind. Allerdings kann infolge von magnetischer Rekonnektion eine magnetische Verbindung in der Korona aufgebaut werden, die die Regionen von magnetisch unterschiedlicher Polarität miteinander verbindet. Wegen der deutlich höheren koronalen elektrischen Leitfähigkeit, kann darauf die photosphärische Spannungsquelle über die Korona geschlossen werden. Das auf diese Weise generierte elektrische Feld führt nachfolgend zur Erzeugung eines hohen elektrischen Stromes, der in der dichten Chromosphäre harte Röntgenstrahlung generiert. Die zuvor erläuterte Idee wird mit elektrischen Schaltkreisen modelliert und untersucht. Dafür werden die mikroskopischen Plasmaparameter, die Geometrie des Magnetfeldes und Beobachtungen der harten Röntgenstrahlung verwendet, um makroskopische elektronische Komponenten, wie z.B. elektrische Widerstände zu modellieren und miteinander zu verbinden. Es wird gezeigt, dass der auftretende koronale Strom mit hohen elektrischen Feldern verbunden ist, welche Elektronen schnell auf hohe relativistische Energien beschleunigen können. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind ermutigend. Die vorhergesagten Elektronenflüsse stehen im Einklang mit aus gemessenen Photonenflüssen gewonnenen Elektronenflüssen. Zudem liefert das Model einen neuen Ansatz für das Verständnis der harten Röntgendoppelquellen in den Fußpunkten. KW - Elektronenbeschleunigung KW - Flarephysik KW - koronale Stromsysteme KW - electron acceleration KW - physics of flares KW - coronal currents Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29035 ER - TY - THES A1 - Miteva, Rositsa Stoycheva T1 - Electron acceleration at localized wave structures in the solar corona T1 - Elektronenbeschleunigung an lokalen Wellenstrukturen in der Sonnenkorona N2 - Our dynamic Sun manifests its activity by different phenomena: from the 11-year cyclic sunspot pattern to the unpredictable and violent explosions in the case of solar flares. During flares, a huge amount of the stored magnetic energy is suddenly released and a substantial part of this energy is carried by the energetic electrons, considered to be the source of the nonthermal radio and X-ray radiation. One of the most important and still open question in solar physics is how the electrons are accelerated up to high energies within (the observed in the radio emission) short time scales. Because the acceleration site is extremely small in spatial extent as well (compared to the solar radius), the electron acceleration is regarded as a local process. The search for localized wave structures in the solar corona that are able to accelerate electrons together with the theoretical and numerical description of the conditions and requirements for this process, is the aim of the dissertation. Two models of electron acceleration in the solar corona are proposed in the dissertation: I. Electron acceleration due to the solar jet interaction with the background coronal plasma (the jet--plasma interaction) A jet is formed when the newly reconnected and highly curved magnetic field lines are relaxed by shooting plasma away from the reconnection site. Such jets, as observed in soft X-rays with the Yohkoh satellite, are spatially and temporally associated with beams of nonthermal electrons (in terms of the so-called type III metric radio bursts) propagating through the corona. A model that attempts to give an explanation for such observational facts is developed here. Initially, the interaction of such jets with the background plasma leads to an (ion-acoustic) instability associated with growing of electrostatic fluctuations in time for certain range of the jet initial velocity. During this process, any test electron that happen to feel this electrostatic wave field is drawn to co-move with the wave, gaining energy from it. When the jet speed has a value greater or lower than the one, required by the instability range, such wave excitation cannot be sustained and the process of electron energization (acceleration and/or heating) ceases. Hence, the electrons can propagate further in the corona and be detected as type III radio burst, for example. II. Electron acceleration due to attached whistler waves in the upstream region of coronal shocks (the electron--whistler--shock interaction) Coronal shocks are also able to accelerate electrons, as observed by the so-called type II metric radio bursts (the radio signature of a shock wave in the corona). From in-situ observations in space, e.g., at shocks related to co-rotating interaction regions, it is known that nonthermal electrons are produced preferably at shocks with attached whistler wave packets in their upstream regions. Motivated by these observations and assuming that the physical processes at shocks are the same in the corona as in the interplanetary medium, a new model of electron acceleration at coronal shocks is presented in the dissertation, where the electrons are accelerated by their interaction with such whistlers. The protons inflowing toward the shock are reflected there by nearly conserving their magnetic moment, so that they get a substantial velocity gain in the case of a quasi-perpendicular shock geometry, i.e, the angle between the shock normal and the upstream magnetic field is in the range 50--80 degrees. The so-accelerated protons are able to excite whistler waves in a certain frequency range in the upstream region. When these whistlers (comprising the localized wave structure in this case) are formed, only the incoming electrons are now able to interact resonantly with them. But only a part of these electrons fulfill the the electron--whistler wave resonance condition. Due to such resonant interaction (i.e., of these electrons with the whistlers), the electrons are accelerated in the electric and magnetic wave field within just several whistler periods. While gaining energy from the whistler wave field, the electrons reach the shock front and, subsequently, a major part of them are reflected back into the upstream region, since the shock accompanied with a jump of the magnetic field acts as a magnetic mirror. Co-moving with the whistlers now, the reflected electrons are out of resonance and hence can propagate undisturbed into the far upstream region, where they are detected in terms of type II metric radio bursts. In summary, the kinetic energy of protons is transfered into electrons by the action of localized wave structures in both cases, i.e., at jets outflowing from the magnetic reconnection site and at shock waves in the corona. N2 - Die Sonne ist ein aktiver Stern, was sich nicht nur in den allseits bekannten Sonnenflecken, sondern auch in Flares manifestiert. Während Flares wird eine große Menge gespeicherter, magnetischer Energie in einer kurzen Zeit von einigen Sekunden bis zu wenigen Stunden in der Sonnenkorona freigesetzt. Dabei werden u.a. energiereiche Elektronen erzeugt, die ihrerseits nichtthermische Radio- und Röntgenstrahlung, wie sie z.B. am Observatorium für solare Radioastronomie des Astrophysikalischen Instituts Potsdam (AIP) in Tremsdorf und durch den NASA-Satelliten RHESSI beobachtet werden, erzeugen. Da diese Elektronen einen beträchtlichen Anteil der beim Flare freigesetzten Energie tragen, ist die Frage, wie Elektronen in kurzer Zeit auf hohe Energien in der Sonnenkorona beschleunigt werden, von generellem astrophysikalischen Interesse, da solche Prozesse auch in anderen Sternatmosphären und kosmischen Objekten, wie z.B. Supernova-Überresten, stattfinden. In der vorliegenden Dissertation wird die Elektronenbeschleunigung an lokalen Wellenstrukturen im Plasma der Sonnenkorona untersucht. Solche Wellen treten in der Umgebung der magnetischen Rekonnektion, die als ein wichtiger Auslöser von Flares angesehen wird, und in der Nähe von Stoßwellen, die infolge von Flares erzeugt werden, auf. Generell werden die Elektronen als Testteilchen behandelt. Sie werden durch ihre Wechselwirkung mit den elektrischen und magnetischen Feldern, die mit den Plasmawellen verbunden sind, beschleunigt. Infolge der magnetischen Rekonnektion als Grundlage des Flares werden starke Plasmaströmungen (sogenannte Jets) erzeugt. Solche Jets werden im Licht der weichen Röntgenstrahlung, wie z.B. durch den japanischen Satelliten YOHKOH, beobachtet. Mit solchen Jets sind solare Typ III Radiobursts als Signaturen von energiereichen Elektronenstrahlen in der Sonnenkorona verbunden. Durch die Wechselwirkung eines Jets mit dem umgebenden Plasma werden lokal elektrische Felder erzeugt, die ihrerseits Elektronen beschleunigen können. Dieses hier vorgestellte Szenarium kann sehr gut die Röntgen- und Radiobeobachtungen von Jets und den damit verbundenen Elektronenstrahlen erklären. An koronalen Stoßwellen, die infolge Flares entstehen, werden Elektronen beschleunigt, deren Signatur man in der solaren Radiostrahlung in Form von sogenannten Typ II Bursts beobachten kann. Stoßwellen in kosmischen Plasmen können mit Whistlerwellen (ein spezieller Typ von Plasmawellen) verbunden sein. In der vorliegenden Arbeit wird ein Szenarium vorgestellt, das aufzeigt, wie solche Whistlerwellen an koronalen Stoßwellen erzeugt werden und durch ihre resonante Wechselwirkung mit den Elektronen dieselben beschleunigen. Dieser Prozess ist effizienter als bisher vorgeschlagene Mechanismen und kann deshalb auch auf andere Stoßwellen im Kosmos, wie z.B. an Supernova-Überresten, zur Erklärung der dort erzeugten Radio- und Röntgenstrahlung dienen. KW - Elektronenbeschleunigung KW - Sonnenkorona KW - Jets KW - Stoßwellen KW - Nichtlineare Wellen KW - Electron acceleration KW - Solar corona KW - Jets KW - Shock waves KW - Nonlinear waves Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14775 ER - TY - THES A1 - Schutjajew, Konstantin T1 - Electrochemical sodium storage in non-graphitizing carbons - insights into mechanisms and synthetic approaches towards high-energy density materials T1 - Elektrochemische Natriumspeicherung in nicht-graphitisierbaren Kohlenstoffen - Untersuchungen zu Mechanismen und synthetische Ansätze für die Darstellung von Materialien mit hohen Energiedichten N2 - To achieve a sustainable energy economy, it is necessary to turn back on the combustion of fossil fuels as a means of energy production and switch to renewable sources. However, their temporal availability does not match societal consumption needs, meaning that renewably generated energy must be stored in its main generation times and allocated during peak consumption periods. Electrochemical energy storage (EES) in general is well suited due to its infrastructural independence and scalability. The lithium ion battery (LIB) takes a special place, among EES systems due to its energy density and efficiency, but the scarcity and uneven geological occurrence of minerals and ores vital for many cell components, and hence the high and fluctuating costs will decelerate its further distribution. The sodium ion battery (SIB) is a promising successor to LIB technology, as the fundamental setup and cell chemistry is similar in the two systems. Yet, the most widespread negative electrode material in LIBs, graphite, cannot be used in SIBs, as it cannot store sufficient amounts of sodium at reasonable potentials. Hence, another carbon allotrope, non-graphitizing or hard carbon (HC) is used in SIBs. This material consists of turbostratically disordered, curved graphene layers, forming regions of graphitic stacking and zones of deviating layers, so-called internal or closed pores. The structural features of HC have a substantial impact of the charge-potential curve exhibited by the carbon when it is used as the negative electrode in an SIB. At defects and edges an adsorption-like mechanism of sodium storage is prevalent, causing a sloping voltage curve, ill-suited for the practical application in SIBs, whereas a constant voltage plateau of relatively high capacities is found immediately after the sloping region, which recent research attributed to the deposition of quasimetallic sodium into the closed pores of HC. Literature on the general mechanism of sodium storage in HCs and especially the role of the closed pore is abundant, but the influence of the pore geometry and chemical nature of the HC on the low-potential sodium deposition is yet in an early stage. Therefore, the scope of this thesis is to investigate these relationships using suitable synthetic and characterization methods. Materials of precisely known morphology, porosity, and chemical structure are prepared in clear distinction to commonly obtained ones and their impact on the sodium storage characteristics is observed. Electrochemical impedance spectroscopy in combination with distribution of relaxation times analysis is further established as a technique to study the sodium storage process, in addition to classical direct current techniques, and an equivalent circuit model is proposed to qualitatively describe the HC sodiation mechanism, based on the recorded data. The obtained knowledge is used to develop a method for the preparation of closed porous and non-porous materials from open porous ones, proving not only the necessity of closed pores for efficient sodium storage, but also providing a method for effective pore closure and hence the increase of the sodium storage capacity and efficiency of carbon materials. The insights obtained and methods developed within this work hence not only contribute to the better understanding of the sodium storage mechanism in carbon materials of SIBs, but can also serve as guidance for the design of efficient electrode materials. N2 - Eine nachhaltige Energiewirtschaft kann nur durch die Abkehr von fossilen Brennstoffen als Energiequellen und den ausschließlichen Einsatz erneuerbarer Quellen für die Energieerzeugung erreicht werden. Da diese jedoch naturgemäß nur diskontinuierlich zur Verfügung stehen und sich die tageszeitliche Verfügbarkeit kaum mit dem Bedarf deckt, muss erneuerbar gewonnene Energie zwischengespeichert werden. Dies kann mittels elektrochemischer Energiespeicher geschehen, wobei sich die Lithium-Ionen-Batterie (LIB) aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Effizienz besonders dafür eignet. Da jedoch Ressourcen, welche für entscheidende Zellkomponenten der LIB benötigt werden, knapper werden und oft in geopolitisch komplizierten Regionen vorkommen, muss auch dafür eine Alternative gefunden werden. Die Natrium-Ionen-Batterie (NIB) bietet sich als Nachfolger für LIBs an, da sich die Zellchemie der beiden Systeme ähnelt und somit Kenntnisse direkt aus der LIB-Forschung übernommen werden können. Es erweist sich allerdings als problematisch, dass das kommerziell wichtigste negative Elektrodenmaterial in LIBs, Graphit, nicht für die Anwendung in NIBs eignet und daher eine andere Kohlenstoffmodifikation, sogenannter nicht-graphitisierbarer Kohlenstoff, oder aus dem Englischen hard carbon (HC), verwendet werden muss. HC ist durch eine besondere Art der Fehlordnung geprägt und besteht im Wesentlichen aus Regionen, in denen die Kohlenstoffschichten parallel zueinander verlaufen und aus Regionen, in denen die Schichten innere Hohlräume, sogenannte geschlossene Poren bilden. Die Lade-Entladekurve von HCs ist geprägt von diesen Strukturmerkmalen, sodass sie in einen linear-abflachenden, aus dem Englischen sloping Bereich, und einen Plateaubereich unterteilt werden kann. Die Speicherung im für Energieanwendungen relevanteren Plateaubereich erfolgt durch Abscheidung quasimetallischer Natriumstrukturen in eingangs erwähnten geschlossenen Poren, bei geringen, konstanten Spannungen, wie zahlreiche Forschungsarbeiten unter Berufung auf verschiedene Strukturcharakterisierungsmethoden � uberzeugend nahelegen. Jedoch ist über den Einfluss der Größe und Form der geschlossenen Poren sowie derer chemischer Eigenschaften auf die Natriumspeicherung nur wenig bekannt. Eben diese Fragestellung soll in der vorliegenden Arbeit behandelt werden. Durch die Herstellung von Materialien mit genau definierter und bekannter Morphologie, Porenstruktur sowie chemischer Beschaffenheit wird die Bedeutung dieser Merkmale für die Natriumabscheidung bei geringen Potentialen beleuchtet. Mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie wird desweiteren der Natriumspeichermechanismus detailliert untersucht und die Kinetik der reversiblen Natriumspeicherung mit der der irreversiblen Metallabscheidung verglichen, wobei eine bemerkenswerte Ähnlichkeit der beiden Prozesse zu beobachten ist. Abschließend ist die gezielte Herstellung geschlossenporiger Materialien aus offenporigen Vorläufermaterialien gelungen, welche es nicht nur ermöglicht, geschlossen- und offenporige Materialien ansonsten gleicher Porenstruktur zu vergleichen und die Notwendigkeit geschlossener Poren nachzuweisen, sondern auch die Speicherkapazität und Effizienz der Elektrodenmaterialien zu erhöhen. Insgesamt tragen die im Rahmen der vorliegenden Dissertation gewonnenen Erkenntisse nicht nur zum tiefergehenden Verständnis des Natriumspeichermechanismus in HCs bei, sondern es werden auch synthetische und analytische Methoden vorgestellt, die der weiteren Forschung auf diesem Gebiet dienen werden. KW - sodium-ion batteries KW - energy storage KW - carbon KW - Natrium-Ionen-Akkumulator KW - Energiespeicher KW - Kohlenstoff Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-541894 ER - TY - THES A1 - Nguyen, Quyet Doan T1 - Electro-acoustical probing of space-charge and dipole-polarization profiles in polymer dielectrics for electret and electrical-insulation applications T1 - Elektroakustische Abtastung von elektrischen Ladungs- und Polarisationsprofilen in Polymerfolien für Elektret- und Isolations-Anwendungen N2 - Electrets are dielectrics with quasi-permanent electric charge and/or dipoles, sometimes can be regarded as an electric analogy to a magnet. Since the discovery of the excellent charge retention capacity of poly(tetrafluoro ethylene) and the invention of the electret microphone, electrets have grown out of a scientific curiosity to an important application both in science and technology. The history of electret research goes hand in hand with the quest for new materials with better capacity at charge and/or dipole retention. To be useful, electrets normally have to be charged/poled to render them electro-active. This process involves electric-charge deposition and/or electric dipole orientation within the dielectrics ` surfaces and bulk. Knowledge of the spatial distribution of electric charge and/or dipole polarization after their deposition and subsequent decay is crucial in the task to improve their stability in the dielectrics. Likewise, for dielectrics used in electrical insulation applications, there are also needs for accumulated space-charge and polarization spatial profiling. Traditionally, space-charge accumulation and large dipole polarization within insulating dielectrics is considered undesirable and harmful to the insulating dielectrics as they might cause dielectric loss and could lead to internal electric field distortion and local field enhancement. High local electric field could trigger several aging processes and reduce the insulating dielectrics' lifetime. However, with the advent of high-voltage DC transmission and high-voltage capacitor for energy storage, these are no longer the case. There are some overlapped between the two fields of electrets and electric insulation. While quasi-permanently trapped electric-charge and/or large remanent dipole polarization are the requisites for electret operation, stably trapped electric charge in electric insulation helps reduce electric charge transport and overall reduced electric conductivity. Controlled charge trapping can help in preventing further charge injection and accumulation as well as serving as field grading purpose in insulating dielectrics whereas large dipole polarization can be utilized in energy storage applications. In this thesis, the Piezoelectrically-generated Pressure Steps (PPSs) were employed as a nondestructive method to probe the electric-charge and dipole polarization distribution in a range of thin film (several hundred micron) polymer-based materials, namely polypropylene (PP), low-density polyethylene/magnesium oxide (LDPE/MgO) nanocomposites and poly(vinylidene fluoride-co- trifluoro ethylene) (P(VDF-TrFE)) copolymer. PP film surface-treated with phosphoric acid to introduce surfacial isolated nanostructures serves as example of 2-dimensional nano-composites whereas LDPE/MgO serves as the case of 3-dimensional nano-composites with MgO nano-particles dispersed in LDPE polymer matrix. It is evidenced that the nanoparticles on the surface of acid-treated PP and in the bulk of LDPE/MgO nanocomposites improve charge trapping capacity of the respective material and prevent further charge injection and transport and that the enhanced charge trapping capacity makes PP and LDPE/MgO nanocomposites potential materials for both electret and electrical insulation applications. As for PVDF and VDF-based copolymers, the remanent spatial polarization distribution depends critically on poling method as well as specific parameters used in the respective poling method. In this work, homogeneous polarization poling of P(VDF-TrFE) copolymers with different VDF-contents have been attempted with hysteresis cyclical poling. The behaviour of remanent polarization growth and spatial polarization distribution are reported and discussed. The Piezoelectrically-generated Pressure Steps (PPSs) method has proven as a powerful method for the charge storage and transport characterization of a wide range of polymer material from nonpolar, to polar, to polymer nanocomposites category. N2 - Elektrete sind Dielektrika mit quasi-permanenter elektrischer Ladung und/oder quasi-permanent ausgerichteten elektrischen Dipolen - das elektrische Analogon zu einem Magneten. Seit der Entdeckung der besonders hohen Stabilitaet negativer Raumladungen in Polytetrafluorethylen (PTFE, Handelsname Teflon) und der Erfindung des Elektretmikrofons ist aus der spannenden wissenschaftlichen Fragestellung nach den Ursachen der hervorragenden Ladungsspeicherung in Elektreten auch eine wichtige technische Anwendung geworden. In der Geschichte der Elektretforschung und der Elektretanwendungen geht es neben der Ursachenklaerung auch immer um die Suche nach neuen Materialien mit besserer Ladungsspeicherung und/oder Dipolpolarisation. Elektretmaterialien muessen in der Regel elektrisch aufgeladen oder gepolt werden, um die gewuenschten elektroaktiven Eigenschaften zu erhalten. Dabei werden entweder elektrische Ladungen auf der Oberflaeche oder im Volumen des Elektretmaterials deponiert und/oder elektrische Dipole im Material ausgerichtet. Genaue Informationen ueber die raeumliche Verteilung der elektrischen Ladungen und/oder der Dipolpolarisation sowie deren Entwicklung im Laufe der Zeit sind entscheidend fuer eine gezielte Verbesserung der Elektretstabilitaet. Dielektrika, die zur elektrischen Isolierung von Hochspannungsanlagen eingesetzt werden, koennen ebenfalls elektrische Raumladungen und/oder Dipolpolarisationen enthalten, deren Verteilungen entscheidend fuer die Beherrschung der damit einhergehenden Eigenschaftsaenderungen sind. Traditionell gelten Raumladungen und Dipolpolarisationen in elektrischen Isolierungen als unerwuenscht und schaedlich, da sie zu erheblichen Verlusten und zu Verzerrungen der inneren elektrischen Felder fuehren koennen. Hohe lokale Felder koennen Alterungsprozesse ausloesen und die Lebensdauer der isolierenden Dielektrika erheblich verkuerzen. Mit dem Aufkommen der Hochspannungs-Gleichstromuebertragung und des Hochspannungskondensators zur Energiespeicherung in den letzten Jahren hat sich die Situation jedoch grundlegend geaendert, da Raumladungen prinzipiell nicht mehr vermeidbar sind und bei entsprechender Gestaltung der Isolierung moeglicherweise sogar von Vorteil sein koennen. Hier ergeben sich nun Ueberschneidungen und Synergien zwischen Elektreten und elektrischen Isoliermaterialien, zumal in beiden Faellen hohe elektrische Gleichfelder auftreten. Waehrend quasi-permanent gespeicherte elektrische Ladungen und/oder stark quasi- permanente oder remanente Dipolpolarisationen das wesentliche Merkmal von Elektreten sind, koennen stabil gespeicherte elektrische Ladungen in elektrischen Isolierungen dazu beitragen, den schaedlichen Ladungstransport und damit die effektive elektrische Leitfaehigkeit der Dielektrika zu reduzieren. Ein kontrolliertes Einbringen von Raumladungen kann die Injektion und die Anhaeufung weiterer Ladungen verhindern, waehrend stark Dipolpolarisationen die Kapazitaet von elektrischen Energiespeichern wesentlich erhoehen koennen. In der vorliegenden Arbeit wurden piezoelektrisch erzeugte Druckstufen (Piezoelectrically generated Pressure Steps oder PPSs) eingesetzt, um die Verteilung elektrischer Ladungen und/oder ausgerichteter elektrischer Dipole in relativ duennen polymeren Dielektrika (Mikrometerbereich) zu untersuchen. Wesentliche Probenmaterialien waren Polypropylen (PP), Komposite aus Polyethylen mit Magnesiumoxid-Nanopartikeln in geringen Mengen (LDPE/MgO) sowie Poly(vinyliden fluorid-trifluorethylen)-Copolymere (P(VDF-TrFE)). PP-Folien, die mit Phosphorsaeure oberflaechenbehandelt wurden, um voneinander isolierte Nanostrukturen an der Oberflaeche zu erzeugen, sind ein Beispiel fuer ein zweidimensionales (2-D) Nanokomposit, waehrend LDPE/MgO ein dreidimensionales (3-D) Nanokomposit darstellt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Nanopartikel auf der Oberflaeche von saeurebehandeltem PP und im Volumen von LDPE/MgO-Nanokompositen die Ladungsspeicherfaehigkeit des jeweiligen Materials entscheidend verbessern. Damit werden weitere Ladungsinjektionen und der Ladungstransport verhindert, was die 2-D PP- und die 3-D LDPE/MgO-Nanokomposite zu geeigneten Kandidaten sowohl fuer Elektret- als auch fuer Isolationsanwendungen macht. Bei Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Copolymeren auf der Basis von Vinylidenfluorid (VDF) haengt die remanente raeumliche Polarisationsverteilung entscheidend von der jeweiligen Polungsmethode sowie von den Parametern des jeweiligen Polungsvorgangs ab. Hier wurde versucht, eine homogene Polung von P(VDF-TrFE)-Copolymeren mit unterschiedlichen VDF-Gehalten mit dem Verfahren der zyklischen Polung (sogenannte Hysterese-Polung) zu erzeugen. Das Entstehen der remanenten Polarisation und deren raeumliche Verteilung konnten erfasst und interpretiert werden, um Hinweise für eine optimale Polung zu erhalten. An den genannten Beispielen konnte gezeigt werden, dass die Methode der piezoelektrisch erzeugten Druckstufen (PPS) ein leistungsfaehiges Verfahren zur Charakterisierung der Ladungsspeicherung und des Ladungstransports in Dielektrika ist und dass damit ein breites Spektrum von unpolaren Polymeren ueber polare Polymerdielektrika bis hin zu polaren Nanokompositen sinnvoll untersucht werden kann. Es wurden wesentliche Erkenntnisse zur Ladungsspeicherung und zur remanten Polarisation in den untersuchten Polymeren gewonnen. KW - electro-acoustic electric-charge and polarization profiling KW - space charge KW - polypropylene KW - polyethylene nanocomposites KW - magnesium oxide KW - polymer electrets KW - ferroelectrets KW - electrical insulation KW - piezoelectricity KW - ferroelectricity KW - poly(vinylidene fluoride) KW - hysteresis KW - elektroakustische Abtastung elektrischer Ladungen und Dipolpolarisationen KW - elektrische Raumladung KW - Polypropylen KW - Polyethylen-Nanokomposite KW - Magnesiumoxid KW - Polymerelektrete KW - Ferroelektrete KW - elektrische Isolierung KW - Piezoelektrizität KW - Ferroelektrizität KW - Poly(vinylidenfluorid) KW - Hysterese Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-445629 ER - TY - THES A1 - Laux, Eva-Maria T1 - Electric field-assisted immobilization and alignment of biomolecules T1 - Immobilisierung und Ausrichtung von Biomolekülen mit elektrischen Wechselfeldern N2 - In this dissertation, an electric field-assisted method was developed and applied to achieve immobilization and alignment of biomolecules on metal electrodes in a simple one-step experiment. Neither modifications of the biomolecule nor of the electrodes were needed. The two major electrokinetic effects that lead to molecule motion in the chosen electrode configurations used were identified as dielectrophoresis and AC electroosmotic flow. To minimize AC electroosmotic flow, a new 3D electrode configuration was designed. Thus, the influence of experimental parameters on the dielectrophoretic force and the associated molecule movement could be studied. Permanent immobilization of proteins was examined and quantified absolutely using an atomic force microscope. By measuring the volumes of the immobilized protein deposits, a maximal number of proteins contained therein was calculated. This was possible since the proteins adhered to the tungsten electrodes even after switching off the electric field. The permanent immobilization of functional proteins on surfaces or electrodes is one crucial prerequisite for the fabrication of biosensors. Furthermore, the biofunctionality of the proteins must be retained after immobilization. Due to the chemical or physical modifications on the proteins caused by immobilization, their biofunctionality is sometimes hampered. The activity of dielectrophoretically immobilized proteins, however, was proven here for an enzyme for the first time. The enzyme horseradish peroxidase was used exemplarily, and its activity was demonstrated with the oxidation of dihydrorhodamine 123, a non-fluorescent precursor of the fluorescence dye rhodamine 123. Molecular alignment and immobilization - reversible and permanent - was achieved under the influence of inhomogeneous AC electric fields. For orientational investigations, a fluorescence microscope setup, a reliable experimental procedure and an evaluation protocol were developed and validated using self-made control samples of aligned acridine orange molecules in a liquid crystal. Lambda-DNA strands were stretched and aligned temporarily between adjacent interdigitated electrodes, and the orientation of PicoGreen molecules, which intercalate into the DNA strands, was determined. Similarly, the aligned immobilization of enhanced Green Fluorescent Protein was demonstrated exploiting the protein's fluorescence and structural properties. For this protein, the angle of the chromophore with respect to the protein's geometrical axis was determined in good agreement with X-ray crystallographic data. Permanent immobilization with simultaneous alignment of the proteins was achieved along the edges, tips and on the surface of interdigitated electrodes. This was the first demonstration of aligned immobilization of proteins by electric fields. Thus, the presented electric field-assisted immobilization method is promising with regard to enhanced antibody binding capacities and enzymatic activities, which is a requirement for industrial biosensor production, as well as for general interaction studies of proteins. N2 - In dieser Doktorarbeit wurde eine Methode entwickelt, mit der Biomoleküle unter dem Einfluss von elektrischen Feldern auf Metallelektroden immobilisiert und ausgerichtet werden können. Für die Immobilisierung wurden weder Modifikationen an den Biomolekülen noch an den Elektroden benötigt. Zwei elektrokinetische Effekte, die Dielektrophorese und der AC-elektroosmotische Fluss, wurden als verantwortliche Effekte für die Molekülbewegung identifiziert. Mit einer neuen 3D Elektrodenkonfiguration wurde der AC-elektroosmotische Fluss minimiert. Damit konnte der Einfluss der experimentellen Parameter auf die Dielektrophoresekraft und deren Auswirkungen auf die Moleküle untersucht werden: Die permanente Immobilisierung von Proteinen wurde mit einem Rasterkraftmikroskop quantifiziert, indem die Volumina der immobilisierten Proteinablagerungen gemessen wurden, und daraus die maximal darin enthaltene Anzahl an Proteinen berechnet wurde. Diese Art der absoluten Quantifizierung war nur möglich, da die Proteine auch nach Abschalten des elektrischen Feldes auf den Wolframelektroden hafteten. Eine solche permanente Immobilisierung funktioneller Proteine auf Elektroden oder Oberflächen im Allgemeinen ist eine wichtige Voraussetzung für die Herstellung von Biosensoren. Des Weiteren muss die Biofunktion der Proteine nach der Immobilisierung erhalten bleiben. Da die Proteine durch die Immobilisierung chemisch oder physikalisch verändert werden, ist auch ihre Biofunktion häufig eingeschränkt. In dieser Arbeit wurde erstmals der Erhalt der Aktivität dielektrophoretisch immobilisierter Enzyme gezeigt. Hierfür wurde das Enzym Meerrettichperoxidase exemplarisch verwendet, dessen Aktivität über die Oxidation von Dihydrorhodamin 123, einem nicht-fluoreszentem Vorläufer des Fluoreszenzfarbstoffes Rhodamin 123, nachgewiesen wurde. Molekulare Ausrichtung und Immobilisierung – sowohl reversibel als auch permanent – wurde unter dem Einfluss inhomogener elektrischer Wechselfelder erreicht. Für die Bestimmung der Molekülausrichtung wurde mit ein Messaufbau entwickelt, der auf einem Fluoreszenzmikroskop basiert. Der Aufbau, das Messprotokoll und die Auswertungsmethode wurden mit einer selbst hergestellten Kontrollprobe, die aus ausgerichteten Acridinorangemolekülen in einem Flüssigkristall bestand, validiert. Lambda-DNA Doppelstränge wurden zwischen benachbarten Interdigitalelektroden gestreckt und temporär ausgerichtet. Die Ausrichtung von interkalierten PicoGreen-Molekülen im rechten Winkel zur Längsachse der Doppelstränge konnte hier gezeigt werden. Zudem konnte die ausgerichtete Immobilisierung des enhanced Green Fluorescent Protein nachgewiesen werden, indem die Fluoreszenz des Proteins und seine Struktureigenschaften ausgenutzt wurden. Aus den Messungen konnte der Winkel des Chromophors relativ zur Proteinlängsachse mit guter Übereinstimmung mit Röntgenkristallstrukturdaten bestimmt werden. Eine permanente Immobilisierung mit gleichzeitiger Ausrichtung der Proteine wurde entlang der Kanten, an den Spitzen und auf der Oberfläche von Interdigitalelektroden erzielt. Damit wurde zum ersten Mal eine ausgerichtete Immobilisierung von Proteinen mit elektrischen Wechselfeldern gezeigt. Diese Methode ist vielversprechend für die Immobilisierung von Antikörpern oder Enzymen mit einheitlicher Ausrichtung und dadurch verbessertem Zugang zu den aktiven Zentren, was nicht nur für die industrielle Biosensorherstellung von Interesse ist, sondern genauso für allgemeine Wechselwirkungsstudien von Proteinen. KW - dielectrophoresis KW - electrokinetics KW - proteins KW - immobilization KW - alignment KW - Dielektrophorese KW - elektrokinetische Effekte KW - Proteine KW - Immobilisierung KW - Ausrichtung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-90271 ER - TY - THES A1 - Rodriguez Zuluaga, Juan T1 - Electric and magnetic characteristics of equatorial plasma depletions T1 - Elektrische und magnetische Beschreibung von äquatorialen Plasma-Verarmungen BT - an observational assessment using the Swarm mission BT - eine empirische Beurteilung mit der Satellitenmission Swarm N2 - Near-Earth space represents a significant scientific and technological challenge. Particularly at magnetic low-latitudes, the horizontal magnetic field geometry at the dip equator and its closed field-lines support the existence of a distinct electric current system, abrupt electric field variations and the development of plasma irregularities. Of particular interest are small-scale irregularities associated with equatorial plasma depletions (EPDs). They are responsible for the disruption of trans-ionospheric radio waves used for navigation, communication, and Earth observation. The fast increase of satellite missions makes it imperative to study the near-Earth space, especially the phenomena known to harm space technology or disrupt their signals. EPDs correspond to the large-scale structure (i.e., tens to hundreds of kilometers) of topside F region irregularities commonly known as Spread F. They are observed as depleted-plasma density channels aligned with the ambient magnetic field in the post-sunset low-latitude ionosphere. Although the climatological variability of their occurrence in terms of season, longitude, local time and solar flux is well-known, their day to day variability is not. The sparse observations from ground-based instruments like radars and the few simultaneous measurements of ionospheric parameters by space-based instruments have left gaps in the knowledge of EPDs essential to comprehend their variability. In this dissertation, I profited from the unique observations of the ESA’s Swarm constellation mission launched in November 2013 to tackle three issues that revealed novel and significant results on the current knowledge of EPDs. I used Swarm’s measurements of the electron density, magnetic, and electric fields to answer, (1.) what is the direction of propagation of the electromagnetic energy associated with EPDs?, (2.) what are the spatial and temporal characteristics of the electric currents (field-aligned and diamagnetic currents) related to EPDs, i.e., seasonal/geographical, and local time dependencies?, and (3.) under what conditions does the balance between magnetic and plasma pressure across EPDs occur? The results indicate that: (1.) The electromagnetic energy associated with EPDs presents a preference for interhemispheric flows; that is, the related Poynting flux directs from one magnetic hemisphere to the other and varies with longitude and season. (2.) The field-aligned currents at the edges of EPDs are interhemispheric. They generally close in the hemisphere with the highest Pedersen conductance. Such hemispherical preference presents a seasonal/longitudinal dependence. The diamagnetic currents increase or decrease the magnetic pressure inside EPDs. These two effects rely on variations of the plasma temperature inside the EPDs that depend on longitude and local time. (3.) EPDs present lower or higher plasma pressure than the ambient. For low-pressure EPDs the plasma pressure gradients are mostly dominated by variations of the plasma density so that variations of the temperature are negligible. High-pressure EPDs suggest significant temperature variations with magnitudes of approximately twice the ambient. Since their occurrence is more frequent in the vicinity of the South Atlantic magnetic anomaly, such high temperatures are suggested to be due to particle precipitation. In a broader context, this dissertation shows how dedicated satellite missions with high-resolution capabilities improve the specification of the low-latitude ionospheric electrodynamics and expand knowledge on EPDs which is valuable for current and future communication, navigation, and Earth-observing missions. The contributions of this investigation represent several ’firsts’ in the study of EPDs: (1.) The first observational evidence of interhemispheric electromagnetic energy flux and field-aligned currents. (2.) The first spatial and temporal characterization of EPDs based on their associated field-aligned and diamagnetic currents. (3.) The first evidence of high plasma pressure in regions of depleted plasma density in the ionosphere. These findings provide new insights that promise to advance our current knowledge of not only EPDs but the low-latitude post-sunset ionosphere environment. N2 - Der erdnahe Weltraum stellt eine bedeutende wissenschaftliche und technologische Herausforderung dar. Insbesondere in niedrigeren magnetischen Breitengraden unterstützen die horizontale Geometrie des Magnetfelds und seine geschlossenen Feldlinien das Vorhandensein eines speziellen elektrischen Stromsystems, abrupte Änderungen der elektrischen Felder und das Auftreten von Plasmairregularitäten. Von besonderem Interesse sind regionale Unregelmäßigkeiten im Zusammenhang mit äquatorialen Plasma-Verarmungen (EPDs, Abkürzung aus dem Englischen für „equatorial plasma depletions”). Sie stören trans-ionosphärischer Funkwellen, welche zur Positionierung, Kommunikation und Erd-beobachtung eingesetzt werden. Die schnelle Entwicklung von Satellitenmissionen macht das Verständnis der erdnahen Weltraumphänomene zu einer Priorität, insbesondere derjenigen, welche die Weltraumtechnologie schädigen oder ihre Signale stören können. Die EPDs und die damit verbundenen Plasmairregularitäten sind seit Beginn des Weltraumzeitalters eines der am häufigsten untersuchten Phänomene. EPDs sind großflächigen Strukturen (d. h. zehn bis hundert Kilometer), die auf Spread F Ereignisse zurückgeführt werden können. Sie äußern sich als mit dem Hintergrund-Magnetfeld ausgerichtete Kanäle verarmter Plasmadichte, welche in niedrigen Breiten in der Ionophäre nach Sonnenuntergang auftreten. Obwohl die klimatologische Variabilität des Auftretens von EPDs bezüglich der Jahreszeit, geografischen Länge, Ortszeit und des Sonnenzyklus wohl bekannt sind, trifft dies nicht für ihre Tag-zu-Tag-Variabilität zu. Die spärlichen Beobachtungen von bodengestützten Instrumenten, wie Radargeräten, und die wenigen gleichzeitigen Messungen ionosphärischer Parameter von weltraumgestützten Instrumenten auf erdnahen Umlaufbahnen haben Wissenslücken hinterlassen, die für das Verständnis der Variabilität von EPDs essentiell sind. In dieser Dissertation habe ich von einzigartigen Beobachtungen der im November 2013 gestarteten ESA Satellitenkonstellationsmission „Swarm“ profitiert, um drei Probleme zu bearbeiten, die neue und signifikante Ergebnisse zum aktuellen Wissen über EPDs enthüllten. Ich habe Swarms Messungen der Elektronendichte, des magnetischen und des elektrischen Feldes verwendet, um Folgendes zu beantworten: (1.) In welche Richtung breitet sich die mit den EPDs verbundene elektromagnetische Energie aus? (2.) Was sind die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften der elektrischen Ströme (feldgerichtete und diamagnetische Ströme) in Bezug auf EPDs, d. h. wie hängen sie von der geografischen Länge, Jahreszeit und Lokalzeit ab? (3.) Unter welchen Bedingungen findet der mit EPDs verbundene Ausgleich zwischen magnetischem Druck und Plasmadruck statt? Die Ergebnisse zeigen, dass: (1.) Die mit EPDs verbundene elektromagnetische Energie bevorzugt interhemisphärische Strömungen, das heißt, der zugehörige Poynting-Fluss strömt von einer magnetischen Hemisphäre zur anderen und die Strömungsrichtung variiert mit geografischer Länge und Jahreszeit. (2.) Die feldgerichteten Ströme an den Rändern von EPDs sind interhemisphärisch. Im Allgemeinen schließen sie sich in der Hemisphäre mit der höchsten Pedersen-Leitfähigkeit. Die derartige hemisphärische Präferenz zeigt eine Abhängigkeit bezüglich der Jahreszeit/geografischen Länge. Die diamagnetischen Ströme erhöhen oder verringern den magnetischen Druck innerhalb der EPDs. Diese beiden Effekte beruhen auf Variationen der Plasmatemperatur innerhalb der EPDs, die von der geografischen Länge und der Lokalzeit abhängt. (3.) EPDs weisen einen höheren oder niedrigeren Plasmadruck als ihre Umgebung auf. In Niederdruck-EPDs werden die Plasmadruckgradienten meist durch Variationen der Plasmadichte hervorgerufen, sodass Temperaturschwankungen vernachlässigbar sind. Hochdruck-EPDs deuten auf hohe innere Temperaturen hin, etwa das Zweifache der Umgebungstemperatur. Aufgrund ihres häufigeren Auftretens in der Nähe der Südatlantischen Magnetfeldanomalie wird vermutet, dass solche hohen Temperaturen auf den Einfall hochenergetischer Teilchen zurückzuführen sind. In einem breiteren Kontext zeigt diese Dissertation auf, wie spezielle Satellitenmissionen mit hohem Auflösungsvermögen die Spezifikation der ionoshärischen Elektrodynamik in niedrigen Breiten und das Verständnis von EPDs verbessern, was wertvoll für aktuelle und zukünfte Kommunikatoins-, Positionierungs- sowie Erdbeobachtungsmissionen ist. Die Beiträge dieser Arbeit stellen gleich mehrere "Premieren" in der EPD-Forschung dar: (1.) Der erste empirische Nachweis interhemisphärischer elektromagnetischer Energieflüsse und feldgerichteter Ströme. (2.) Die erste raum-zeitliche Beschreibung von EPDs auf der Grundlage ihrer assoziierten feldgerichteten und diamagnetischen Ströme. (3.) Der erste Nachweis hohen Plasmadrucks in Regionen verminderter Plasmadichte in der Ionosphäre. Diese Forschungsergebnisse liefern neue Erkenntnisse, die nicht nur unser derzeitiges Wissen über EPDs, sondern auch jenes über die ionosphärische Domaine in niedrigen Breiten nach Sonnenuntergang fördert. KW - equatorial plasma depletions KW - electric and magnetic fields KW - spread F KW - ionosphere KW - swarm mission KW - äquatorialen Plasma-Verarmungen KW - elektrische und magnetische Felder KW - Spread F KW - Ionosphäre KW - Satellitenmission Swarm Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-445873 ER - TY - THES A1 - Wang, Jingwen T1 - Electret properties of polypropylene with surface chemical modification and crystalline reconstruction N2 - As one of the most-produced commodity polymers, polypropylene draws considerable scientific and commercial interest as an electret material. In the present thesis, the influence of the surface chemical modification and crystalline reconstruction on the electret properties of the polypropylene thin films will be discussed. The chemical treatment with orthophosphoric acid can significantly improve the surface charge stability of the polypropylene electrets by introducing phosphorus- and oxygen-containing structures onto the modified surface. The thermally stimulated discharge measurement and charge profiling by means of piezoelectrically generated pressure steps are used to investigate the electret behaviour. It is concluded that deep traps of limited number density are created during the treatment with inorganic chemicals. Hence, the improvement dramatically decreases when the surface-charge density is substantially higher than ±1.2×10^(-3) C·m^(-2). The newly formed traps also show a higher trapping energy for negative charges. The energetic distributions of the traps in the non-treated and chemically treated samples offer an insight regarding the surface and foreign-chemical dominance on the charge storage and transport in the polypropylene electrets. Additionally, different electret properties are observed on the polypropylene films with the spherulitic and transcrystalline structures. It indicates the dependence of the charge storage and transport on the crystallite and molecular orientations in the crystalline phase. In general, a more diverse crystalline growth in the spherulitic samples can result in a more complex energetic trap distribution, in comparison to that in a transcrystalline polypropylene. The double-layer transcrystalline polypropylene film with a crystalline interface in the middle can be obtained by crystallising the film in contact with rough moulding surfaces on both sides. A layer of heterocharges appears on each side of the interface in the double-layer transcrystalline polypropylene electrets after the thermal poling. However, there is no charge captured within the transcrystalline layers. The phenomenon reveals the importance of the crystalline interface in terms of creating traps with the higher activation energy in polypropylene. The present studies highlight the fact that even slight variations in the polypropylene film may lead to dramatic differences in its electret properties. N2 - Als eines der meistproduzierten Polymere stößt Polypropylen (PP) auch als Elektretmaterial auf großes wissenschaftliches und kommerzielles Interesse. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss chemischer Oberflächen-Modifikationen und kristalliner Rekonstruktionen auf die Elektreteigenschaften von dünnen Polypropylen-Schichten untersucht und diskutiert. Die nasschemische Behandlung mit Orthophosphorsäure kann die Oberflächenladungsstabilität der PP-Elektrete deutlich verbessern, indem phosphor- und sauerstoffhaltige Strukturen auf der modifizierten Oberfläche erzeugt und verankert werden. Aus thermisch stimulierten Entladungsexperimenten und Ladungsmessungen mit piezoelektrisch erzeugten Druckstufen ergibt sich, dass die Oberflächenbehandlung eine begrenzte Anzahl tiefer Haftstellen vor allem für negative Ladungen erzeugt. Daher nimmt die Verbesserung drastisch ab, wenn die Oberflächenladungsdichte einen wesentlich höheren Wert als ±1.2×10-3 C·m-2 hat. Die energetischen Verteilungen der Ladungsfallen in unbehandelten und in chemisch behandelten Proben ermöglichen Rückschlüsse auf die Oberfläche und auf die wesentliche Rolle der aufgebrachten chemischen Spezies für Ladungsspeicherung und -transport in PP-Elektreten. Darüber hinaus werden an dünnen Polypropylenfolien mit entweder sphärolithischen oder transkristallinen Strukturen deutlich unterschiedliche Elektreteigenschaften beobachtet, was den starken Einfluss von Kristallstruktur und Molekülorientierung auf Ladungsspeicherung und -transport in der kristallinen Phase anzeigt. Generell führt das vielfältigere kristalline Wachstum in sphärolithischen Proben oft zu komplexeren energetischen Verteilungen der Ladungsfallen als in transkristallinen PP-Schichten. Zweischichtige transkristalline PP-Folien mit einer kristallinen Grenzfläche in der Mitte können durch beidseitige Kristallisation auf rauen Formgussoberflächen erzeugt werden. Auf jeder Seite der Grenzfläche in der Mitte der zweischichtigen transkristallinen PP-Elektrete findet sich nach thermischer Polung eine Schicht von Heteroladungen, während innerhalb der transkristallinen Schichten keine Ladungen beobachtet werden. Daraus wird die Bedeutung der kristallinen Grenzfläche für das Auftreten von Ladungsfallen mit hohen Aktivierungsenergien in Polypropylen deutlich. Die vorliegenden Studien zeigen, dass bereits geringe Variationen in der Nanostruktur der Polypropylenfolien zu dramatisch unterschiedlichen Elektreteigenschaften führen können. KW - electret KW - polypropylene KW - charge storage and transport KW - surface chemical treatment KW - transcrystalline polypropylene KW - Elektret KW - Polypropylen KW - Ladungsspeicherung und -transport KW - chemische Oberflächen-Modifikationen KW - transkristallines Polypropylen Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-470271 ER - TY - THES A1 - Begu, Enkela T1 - Elections in a spatial context : a case study of Albanian parliamentary elections, 1991-2005 T1 - Wahlen im räumlichen Kontext : eine Fallstudie über die Parlamentswahlen in Albanien, 1991-2005 N2 - Exploring elections features from a geographical perspective is the focus of this study. Its primary objective is to develop a scientific approach based on geoinformation technology (GIT) that promotes deeper understanding how geographical settings affect the spatial and temporal variations of voting behaviour and election outcomes. For this purpose, the five parliamentary elections (1991-2005) following the political turnaround in 1990 in the South East European reform country Albania have been selected as a case study. Elections, like other social phenomena that do not develop uniformly over a territory, inherit a spatial dimension. Despite of fact that elections have been researched by various scientific disciplines ranging from political science to geography, studies that incorporate their spatial dimension are still limited in number and approaches. Consequently, the methodologies needed to generate an integrated knowledge on many facets that constitute election features are lacking. This study addresses characteristics and interactions of the essential elements involved in an election process. Thus, the baseline of the approach presented here is the exploration of relations between three entities: electorate (political and sociodemographic features), election process (electoral system and code) and place (environment where voters reside). To express this interaction the concept of electoral pattern is introduced. Electoral patterns are defined by the study as the final view of election results, chiefly in tabular and/or map form, generated by the complex interaction of social, economic, juridical, and spatial features of the electorate, which has occurred at a specific time and in a particular geographical location. GIT methods of geoanalysis and geovisualization are used to investigate the characteristics of electoral patterns in their spatial and temporal distribution. Aggregate-level data modelled in map form were used to analyse and visualize the spatial distribution of election patterns components and relations. The spatial dimension of the study is addressed in the following three main relations: One, the relation between place and electorate and its expression through the social, demographic and economic features of the electorate resulting in the profile of the electorate’s context; second, the electorate-election interaction which forms the baseline to explore the perspective of local contextual effects in voting behaviour and election results; third, the relation between geographical location and election outcomes reflecting the implication of determining constituency boundaries on election results. To address the above relations, three types of variables: geo, independent and dependent, have been elaborated and two models have been created. The Data Model, developed in a GIS environment, facilitates structuring of election data in order to perform spatial analysis. The peculiarity of electoral patterns – a multidimensional array that contains information on three variables, stored in data layers of dissimilar spatial units of reference and scales of value measurement – prohibit spatial analysis based on the original source data. To perform a joint spatial analysis it is therefore mandatory to restructure the spatial units of reference while preserving their semantic content. In this operation, all relevant electoral as well as socio-demographic data referenced to different administrative spatial entities are re-referenced to uniform grid cells as virtual spatial units of reference. Depending on the scale of data acquisition and map presentation, a cell width of 0.5 km has been determined. The resulting fine grid forms the basis of subsequent data analyses and correlations. Conversion of the original vector data layers into target raster layers allows for unification of spatial units, at the same time retaining the existing level of detail of the data (variables, uniform distribution over space). This in turn facilitates the integration of the variables studied and the performance of GIS-based spatial analysis. In addition, conversion to raster format makes it possible to assign new values to the original data, which are based on a common scale eliminating existing differences in scale of measurement. Raster format operations of the type described are well-established data analysis techniques in GIT, yet they have rarely been employed to process and analyse electoral data. The Geovisualization Model, developed in a cartographic environment, complements the Data Model. As an analog graphic model it facilitates efficient communication and exploration of geographical information through cartographic visualization. Based on this model, 52 choropleth maps have been generated. They represent the outcome of the GIS-based electoral data analysis. The analog map form allows for in-depth visual analysis and interpretation of the distribution and correlation of the electoral data studied. For researchers, decision makers and a wider public the maps provide easy-to-access information on and promote easy-to-understand insight into the spatial dimension, regional variation and resulting structures of the electoral patterns defined. N2 - Gegenstand der vorliegenden Studie ist die Erforschung der aus politischen Wahlen resultierenden Raumstrukturen mit Methoden und Techniken der Geoinformationsverarbeitung. Auf der Basis eines gemeinsamen räumlichen Bezuges wird es durch die Verknüpfung der Wahlergebnisse mit ausgewählten wirtschaftlichen, demographischen und sozialen Parametern möglich, die räumliche Verteilung, Kernräume (Hochburgen) und räumlich-strukturelle Verknüpfungen der Wahlergebnisse politischer Parteien zu untersuchen. Die Resultate tragen zu einem besseren Verständnis der Ergebnisse politischer Wahlen und deren räumliche Dimensionen auf nationaler bis lokaler Ebene bei. Die Studie wird am Beispiel der fünf Parlamentswahlen (1991-2005) des südosteuropäischen Reformstaates Albanien durchgeführt, die seit der politischen Wende 1990 stattgefunden haben. Ausgangspunkt der Untersuchung ist die Tatsache, dass Wahlen, wie zahllose andere gesellschaftliche Phänomene auch, eine räumliche Dimension besitzen. Diese kommt in der territorialen Organisation politischer Wahlen in Wahlkreisen explizit zum Ausdruck. In der parlamentarischen Vertretung der politischen Parteien spiegelt sich dies allerdings nur indirekt wider. Zwar waren die parteipolitischen Aspekte politischer Wahlen als auch die parlamentarische Repräsentation sowie die soziodemographischen Strukturen der Wahlbevölkerung Gegenstand einer Vielzahl von Studien aus Politik- und Sozialwissenschaften. Dies auch gilt für die Geographie. Die erwähnte räumliche Dimension politischer Wahlen wurde bislang aber seltener in das Zentrum von Untersuchungen gestellt. Es mangelt insofern auch an spezifischen Methodologien, die eine integrierte Untersuchung aller relevanten Wahlparameter ermöglichen und eine umfassende Bewertung alle Aspekte des Wahlwahlverhaltens einer Wahlbevölkerung bei politischen Wahlen unterstützen. Die vorliegende Studie untersucht strukturelle wie räumliche Merkmale und Zusammenhänge der wesentlichen Faktoren, die bei politischen Wahlen relevant sind. Ausgangspunkt ist die Untersuchung so genannter Wahlmuster, die durch das Zusammenwirken folgender Faktoren entstehen: Wahlprozess (Wahlsystem, Wahlcode), politische und soziodemographische Kenndaten der Wahlbevölkerung, räumliche Ausbreitung und regionale Struktur der Wahlbezirke sowie die räumliche Verteilung und Strukturierung der Wahlbevölkerung. Als Wahlmuster wird die endgültige Repräsentation von Wahlergebnissen, i.d.R. in Tabellen- und Kartenform, betrachtet. Wahlmuster entstehen durch komplexe Interaktion der sozialen, wirtschaftlichen, juristischen und räumlichen Merkmale der Wahlbevölkerung zu einer bestimmten Zeit (Wahltag) in einem bestimmten Raum (Wahlgebiet). Für die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Dimension der Wahlmuster werden Methoden und Techniken der Geoinformationsverarbeitung eingesetzt. Die räumliche Dimension wird dabei in drei Merkmalsgruppen untersucht: Erstens, die Beziehungen zwischen Raum (Standort) und Wahlbevölkerung, wie sie sich in den demographischen, wirtschaftlichen und sozialen Kennwerten der Wahlbevölkerung manifestieren. Zweitens, die Interaktion zwischen Walbevölkerung und Wahl, die die Grundlage bildet, um regionale Kontexteffekte bei Wahlverhalten und Wahlergebnissen zu untersuchen. Drittens, die Verknüpfung von Wahlergebnissen und deren räumlichen Bezügen, wie sie sich in der stetigen Veränderung der Wahlkreisgrenzen niederschlägt. Um die genannten Merkmalsgruppen zu untersuchen, werden drei Variablengruppen gebildet: räumliche, unabhängige, abhängige Variablen. Ihre raumzeitlichen Interaktionen werden mittels zweier raumbezogener Modelle untersucht. Das graphikfreie Datenmodell wird in einem Geoinformationssystem erstellt und erlaubt die Strukturierung der Wahldaten. Dies bildet eine Voraussetzung für die nachfolgende räumliche Analyse. Das besondere Kennzeichen der Wahlmuster – eine mehrdimensionale Matrix der Variableninformation, die in unterschiedlichen, nicht aggregierbaren administrativen Raumbezugseinheiten vorliegt – behindert die räumliche Analyse der Originaldaten. Um dennoch räumliche Analysen durchzuführen, ist es erforderlich, den Raumbezug zu verändern bei gleichzeitiger Beibehaltung der thematischen Merkmale. Hierbei werden alle Wahldaten sowie die relevanten soziodemographischen Daten auf eine gemeinsame Raumbezugseinheit bezogen. Statt unterschiedlich administrativ abgegrenzter Raumeinheiten werden regelmäßige Rasterzellen gleicher Maschenweite als Raumbezugseinheiten definiert und den bisherigen, separaten Raummustern der Variablen überlagert. Auf diese Weise wird die räumliche Gleichverteilung aller Variablen in eine gemeinsame räumliche Bezugsbasis überführt, ohne dass die semantischen Merkmale verändert werden. Entsprechend dem Erfassungs- und Präsentationsmaßstab wurde eine Maschenweite von 0,5 km gewählt. Der hieraus resultierende feingranulare Raumgitter bildet die gemeinsame Basis für die nunmehr möglich integrierte räumliche Analyse aller Merkmalsgruppen. Die hier beschriebene rasterbasierte Raumanalyse stellt eine eingeführte Methode der GIS-basierten Geoinformationsverarbeitung dar. Sie wurde bislang jedoch selten zur Verarbeitung und Analyse von Wahldaten eingesetzt. Das mit dem Datenmodell korrespondierende graphikbezogene Visualisierungsmodell wird in einer Kartenkonstruktionsumgebung erstellt und erlaubt die fachgerechte kartographische Veranschaulichung ausgewählter Analyseergebnisse des Datenmodells. Daten- und Kartenmodell sind durch einen Datenfilter verknüpft, der die erforderliche Datenkonversion ermöglicht. Auf Basis des Visualisierungsmodells wurden zweiundfünfzig Kartenmodelle des Kartogramm- bzw. Kartodiagrammtyps erzeugt. Sie ermöglichen die vertiefte visuelle Exploration, Analyse und Interpretation der räumlichen Verteilung und Korrelation der untersuchten Wahldaten. Komplementär zum graphikfreien Datenmodell eröffnet das Visualisierungsmodell Fachwissenschaftlern, politischen Entscheidungsträgern und - in begrenztem Umfang – einer interessierten Öffentlichkeit einen intuitiven Erkenntniszugang zur den räumlichen Dimensionen, der regionalen Variation der Wahlergebnisse und den resultierenden raumgebundenen Wahlmustern. KW - Wahlen KW - Wahlmuster KW - räumliche Analyse KW - Visualisierungsmodell KW - Wahlverhalten KW - elections KW - electoral patterns KW - spatial analysis KW - geovisualization KW - voting behaviour Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15923 ER - TY - THES A1 - Sun, Xianlei T1 - Elasticity of fiber meshes derived from multiblock copolymers influences cell behaviors T1 - Elastizität von Fasergeweben abgeleitet Multiblockcopolymere beeinflussen das Zellverhalten. N2 - Objective: The behaviors of endothelial cells or mesenchymal stem cells are remarkably influenced by the mechanical properties of their surrounding microenvironments. Here, electrospun fiber meshes containing various mechanical characteristics were developed from polyetheresterurethane (PEEU) copolymers. The goal of this study was to explore how fiber mesh stiffness affected endothelial cell shape, growth, migration, and angiogenic potential of endothelial cells. Furthermore, the effects of the E-modulus of fiber meshes on human adipose-derived stem cells (hADSCs) osteogenic potential was investigated. Methods: Polyesteretherurethane (PEEU) polymers with various poly(p-dioxanone) (PPDO) to poly (ε-caprolactone) (PCL) weight percentages (40 wt.%, 50 wt.%, 60 wt.%, and 70 wt.%) were synthesized, termed PEEU40, PEEU50, PEEU60, and PEEU70, accordingly. The electrospinning method was used for the preparation of PEEU fiber meshes. The effects of PEEU fiber meshes with varying elasticities on the human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) shape, growth, migration and angiogenic potential were characterized. To determine how the E-modulus of fiber meshes affects the osteogenic potential of hADSCs, the cellular and nuclear morphologies and osteogenic differentiation abilities were evaluated. Results: With the increasing stiffness of PEEU fiber meshes, the aspect ratios of HUVECs cultivated on PEEU materials increased. HUVECs cultivated on high stiffness fiber meshes (4.5 ± 0.8 MPa) displayed a considerably greater proliferation rate and migratory velocity, in addition demonstrating increased tube formation capability, compared with those of the cells cultivated on lower stiffness fiber meshes (2.6 ± 0.8 MPa). Furthermore, in comparison to those cultivated on lower stiffness fiber meshes, hADSCs adhered to the highest stiffness fiber meshes PEEU70 had an elongated shape. The hADSCs grown on the softer PEEU40 fiber meshes showed a reduced nuclear aspect ratio (width to height) than those cultivated on the stiffer fiber meshes. Culturing hADSCs on stiffer fibers improved their osteogenic differentiation potential. Compared with cells cultured on PEEU40, osteocalcin expression and alkaline phosphatase (ALP) activity increased by 73 ± 10% and 43 ± 16%, respectively, in cells cultured on PEEU70. Conclusion: The mechanical characteristics of the substrate are crucial in the modulation of cell behaviors. These findings indicate that adjusting the elasticity of fiber meshes might be a useful method for controlling the blood vessels development and regeneration. Furthermore, the mechanical characteristics of PEEU fiber meshes might be modified to control the osteogenic potential of hADSCs. N2 - Ziel: Das Verhalten von Endothelzellen oder mesenchymalen Stammzellen wird erheblich von den mechanischen Eigenschaften der Mikroumgebung beeinflusst. Hier wurden elektrogesponnene Fasernetze mit unterschiedlicher Elastizität aus Polyetheresterurethan (PEEU) hergestellt. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der Elastizität von Fasernetzen auf die Zellmorphologie, Proliferation, Migration und Angiogenese von Endothelzellen zu untersuchen. Außerdem war der Einfluss des E-Moduls von Fasersubstraten auf die Bindung an die Abstammungslinie von humanen Fettstammzellen (hADSCs) untersucht. Methoden: Polyesteretherurethane (PEEU) mit unterschiedlichen Poly(p-dioxanon) (PPDO) to Poly (ε-Caprolacton) （PCL）-Gewichtsverhältnissen (40:60, 50:50, 60:40, 70:30) wurden synthetisiert und als PEEU40, PEEU50, PEEU60 bzw. PEEU70 bezeichnet. Die Fasernetze wurden durch Elektrospinnen von PEEU hergestellt. Dann wurden humane Endothelzellen der Nabelschnurvene (HUVECs) auf diesen elektrogesponnenen Fasernetzen aus Polyetheresterurethan (PEEU) kultiviert, die sich in ihrer Elastizität unterscheiden. Zellmorphologie, Proliferation, Migration und Angiogenese von Endothelzellen auf den abbaubaren Substraten wurden charakterisiert. Für den Einfluss des E-Moduls von Fasersubstraten auf die Bindung an die Abstammungslinie von hADSCs-Zellen und die Kernmorphologie wurde die Fähigkeit zur osteogenen Differenzierung bewertet. Ergebnisse: Das Aspektverhältnis von HUVECs, die auf den Fasernetzen aus PEEU-Materialien kultiviert wurden, nahm mit zunehmender Steifheit der Materialien zu. HUVECs, die auf Fasernetzen mit hoher Steifheit (Young-Modul E = 4,5 ± 0,8 MPa) kultiviert wurden, zeigten eine höhere Proliferationsrate und eine signifikant schnellere Migrationsgeschwindigkeit sowie ein höheres Röhrenbildungsvermögen als die Zellen, die auf Fasernetzen mit niedriger Steifheit kultiviert wurden (E = 2,6 ± 0,8 MPa). Des Weiteren zeigten an steiferen PEEU70-Fasernetzen (PPDO: PCL = 70:30) gebundene hADSCs eine verlängerte Morphologie im Vergleich zu jenen, die auf weicheren Fasern kultiviert wurden. Das Kernaspektverhältnis (Breite gegen Länge eines Kerns) von hADSCs, die auf weicheren PEEU40-Fasern (PPDO: PCL = 40:60) kultiviert wurden, war niedriger als auf steiferen Fasern. Die osteogene Differenzierung von hADSCs wurde durch Kultivierung auf steiferen Fasern verstärkt. Im Vergleich zu PEEU40 wurde in Zellen auf PEEU70 eine 73 ± 10% ige Steigerung der Osteocalcin-Expression und eine 34 ± 16% ige Steigerung der Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP) beobachtet. Schlussfolgerung: Die mechanischen Eigenschaften des Substrats spielen eine Schlüsselrolle bei der Modulation des Zellverhaltens. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Einstellen der Elastizität der Fasernetze eine potenzielle Strategie zur Modulation der Bildung oder Regeneration von Blutgefäßen sein könnte. Darüber hinaus könnte die Differenzierung von hADSCs durch die Anpassung der mechanischen Eigenschaften von elektrogesponnenen Fasern gestaltet werden. KW - PEEU KW - fiber mesh scaffolds KW - osteogenesis KW - angiogenesis KW - stiffness KW - hADSC KW - HUVEC KW - HUVEC KW - PEEU KW - Angiogenese KW - Gerüste aus Fasergeflecht KW - hADSC KW - Osteogenese KW - Steifheit Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-535285 ER - TY - THES A1 - Bischofs, Ilka Bettina T1 - Elastic interactions of cellular force patterns N2 - Gewebezellen sammeln ständig Informationen über die mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung, indem sie aktiv an dieser ziehen. Diese Kräfte werden an Zell-Matrix-Kontakten übertragen, die als Mechanosensoren fungieren. Jüngste Experimente mit Zellen auf elastischen Substraten zeigen, dass Zellen sehr empfindlich auf Veränderungen der effektiven Steifigkeit ihrer Umgebung reagieren, die zu einer Reorganisation des Zytoskeletts führen können. In dieser Arbeit wird ein theoretisches Model entwickelt, um die Selbstorganisation von Zellen in weichen Materialien vorherzusagen. Obwohl das Zellverhalten durch komplexe regulatorische Vorgänge in der Zelle gesteuert wird, scheint die typische Antwort von Zellen auf mechanische Reize eine einfache Präferenz für große effektive Steifigkeit der Umgebung zu sein, möglicherweise weil in einer steiferen Umgebung Kräfte an den Kontakten effektiver aufgebaut werden können. Der Begriff Steifigkeit umfasst dabei sowohl Effekte, die durch größere Härte als auch durch elastische Verzerrungsfelder in der Umgebung verursacht werden. Diese Beobachtung kann man als ein Extremalprinzip in der Elastizitätstheorie formulieren. Indem man das zelluläre Kraftmuster spezifiziert, mit dem Zellen mit ihrer Umgebung wechselwirken, und die Umgebung selbst als linear elastisches Material modelliert, kann damit die optimale Orientierung und Position von Zellen vorhergesagt werden. Es werden mehrere praktisch relevante Beispiele für Zellorganisation theoretisch betrachtet: Zellen in externen Spannungsfeldern und Zellen in der Nähe von Grenzflächen für verschiedene Geometrien und Randbedingungen des elastischen Mediums. Dafür werden die entsprechenden elastischen Randwertprobleme in Vollraum, Halbraum und Kugel exakt gelöst. Die Vorhersagen des Models stimmen hervorragend mit experimentellen Befunden für Fibroblastzellen überein, sowohl auf elastischen Substraten als auch in physiologischen Hydrogelen. Mechanisch aktive Zellen wie Fibroblasten können auch elastisch miteinander wechselwirken. Es werden daher optimale Strukturen als Funktion von Materialeigenschaften und Zelldichte bzw. der Geometrie der Zellpositionen berechnet. Schließlich wird mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen der Einfluss stochastischer Störungen auf die Strukturbildung untersucht. Das vorliegende Model trägt nicht nur zu einem besseren Verständnis von vielen physiologischen Situationen bei, sondern könnte in Zukunft auch für biomedizinische Anwendungen benutzt werden, um zum Beispiel Protokolle für künstliche Gewebe im Bezug auf Substratgeometrie, Randbedingungen, Materialeigenschaften oder Zelldichte zu optimieren. N2 - Adherent cells constantly collect information about the mechanical properties of their extracellular environment by actively pulling on it through cell-matrix contacts, which act as mechanosensors. In recent years, the sophisticated use of elastic substrates has shown that cells respond very sensitively to changes in effective stiffness in their environment, which results in a reorganization of the cytoskeleton in response to mechanical input. We develop a theoretical model to predict cellular self-organization in soft materials on a coarse grained level. Although cell organization in principle results from complex regulatory events inside the cell, the typical response to mechanical input seems to be a simple preference for large effective stiffness, possibly because force is more efficiently generated in a stiffer environment. The term effective stiffness comprises effects of both rigidity and prestrain in the environment. This observation can be turned into an optimization principle in elasticity theory. By specifying the cellular probing force pattern and by modeling the environment as a linear elastic medium, one can predict preferred cell orientation and position. Various examples for cell organization, which are of large practical interest, are considered theoretically: cells in external strain fields and cells close to boundaries or interfaces for different sample geometries and boundary conditions. For this purpose the elastic equations are solved exactly for an infinite space, an elastic half space and the elastic sphere. The predictions of the model are in excellent agreement with experiments for fibroblast cells, both on elastic substrates and in hydrogels. Mechanically active cells like fibroblasts could also interact elastically with each other. We calculate the optimal structures on elastic substrates as a function of material properties, cell density and the geometry of cell positioning, respectively, that allows each cell to maximize the effective stiffness in its environment due to the traction of all the other cells. Finally, we apply Monte Carlo simulations to study the effect of noise on cellular structure formation. The model not only contributes to a better understanding of many physiological situations. In the future it could also be used for biomedical applications to optimize protocols for artificial tissues with respect to sample geometry, boundary condition, material properties or cell density. T2 - Elastic interactions of cellular force patterns KW - Zellorganisation KW - Fokalkontakt KW - Zytoskelett KW - Punktdefekt KW - Mechanosensor KW - Mechanotransduktion KW - Substrat KW - Morphogenese KW - Kraftdipol KW - extrazelluläre Matr KW - cell organization KW - focal adhesion KW - point defect KW - substrate KW - cytoskeleton KW - mechanosensor KW - morphogenesis KW - mechanotransduction KW - force dipole KW - extra-cellul Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001767 ER - TY - THES A1 - Sánchez García, María Clemencia T1 - El parlache como elemento evocador de la oralidad ficcional en la novela Rosario Tijeras, de Jorge Franco T1 - Parlache as an evocative element of fictional orality in the novel Rosario Tijeras, by Jorge Franco T1 - Die Parlache als evokatives Element der fingierten Mündlichkeit im Roman Rosario Tijeras, von Jorge Franco BT - las traducciones al alemán y al inglés BT - and their German and English translations BT - und seinen deutschen und englischen Übersetzungen N2 - El objetivo de este trabajo es investigar cómo se evoca la realidad del habla en la novela Rosario Tijeras, del colombiano Jorge Franco, y sus traducciones al alemán y al inglés. En esta novela negra, el autor recurre a un lenguaje coloquial llamado parlache, típico de un sector socioeconómico marginal de Medellín, y cuya influencia se ha extendido a todos los ámbitos de la ciudad y del país. El estudio se centrará en la descripción de la variación diatópica y diastrática en la ficción; concretamente, de las expresiones típicas del parlache. Con ello se pretende determinar la contribución de ciertos recursos lingüísticos típicos de esta variedad del español a la construcción de un diálogo hablado verosímil. Además, se estudiará cómo se reexpresa este «colorido local» en la evocación de la oralidad en las traducciones. Se intentarán determinar, por tanto, las divergencias de traducción y profundizar en la descripción de la variación lingüística (diatópica y diastrática) en la traducción literaria. N2 - The present dissertation aims to analyse how the reality of spoken language is evoked in the novel Rosario Tijeras, by the Colombian writer Jorge Franco, and its German and English translations. In this thriller, Franco uses a colloquial language called parlache, which originated in a deprived socio-economic area of Medellín and has spread not only across the city but across the whole country. First of all, this study will focus on the description of diatopic and diastratic variation in fiction—specifically, typical expressions from the so-called parlache. Thus, this investigation aims to establish how some typical linguistic features of this variety of Spanish contribute to the construction of a believable spoken dialogue, as well as how this “local colour” evokes orality, and how it is depicted in the German and English translations. Therefore, this study will analyse translation divergences and the description of linguistic variation (diatopic and diastratic) in literary translation. N2 - Das Thema der vorliegenden Dissertation ist die Evokation der gesprochenen Rede im Roman Rosario Tijeras, vom kolumbianischen Schriftsteller Jorge Franco, und seinen deutschen und englischen Übersetzungen. Im diesen Thriller verwendet der Autor eine Varietät des Spanischen, die während der gewalttätigen Achtzigerjahre in den Außenbezirken von Medellín, einer kolumbianischen Stadt, entstanden ist. Heute hat diese Parlache genannte Varietät des Spanischen die Umgangssprache im gesamten Land beeinflusst. Ein wesentliches Ergebnis der Dissertation besteht über die Beschreibung der diatopischen und diastratischen Variation in der Fiktion; insbesondere tipische Phraselogie der Parlache. Ausgehend von den Ergebnissen innerhalb der Forschung zu Mündlichkeit wird gezeigt, inwieweit Parlache Merkmale der gesprochenen Rede ins schriftliche Medium transponieren vermag. Diese Dissertation stellt heraus wie die Parlache im literarischen Diskurs und seinen Übersetzungen präsentiert und markiert wird. KW - oralidad ficcional KW - parlache KW - traducción literaria KW - variación diatópica KW - variación diastrática KW - novela negra KW - fictional orality KW - parlache KW - literary translation KW - diatopic variation KW - diastratic variation KW - thriller KW - Mündlichkeit KW - Parlache KW - literarische Übersetzung KW - diatopische Variation KW - diastratische Variation KW - Thriller Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-415297 ER - TY - THES A1 - Knigge, Xenia T1 - Einzelmolekül-Manipulation mittels Nano-Elektroden und Dielektrophorese T1 - Single molecule manipulation using nano-electrodes and dielectrophoresis N2 - In dieser Arbeit wurden Nano-Elektroden-Arrays zur Einzel-Objekt-Immobilisierung mittels Dielektrophorese verwendet. Hierbei wurden fluoreszenzmarkierte Nano-Sphären als Modellsystem untersucht und die gewonnenen Ergebnisse auf biologische Proben übertragen. Die Untersuchungen in Kombination mit verschiedenen Elektrodenlayouts führten zu einer deterministischen Vereinzelung der Nano-Sphären ab einem festen Größenverhältnis zwischen Nano-Sphäre und Durchmesser der Elektrodenspitzen. An den Proteinen BSA und R-PE konnte eine dielektrophoretische Immobilisierung ebenfalls demonstriert und R-PE Moleküle zur Vereinzelung gebracht werden. Hierfür war neben einem optimierten Elektrodenlayout, das durch Feldsimulationen den Feldgradienten betreffend gesucht wurde, eine Optimierung der Feldparameter, insbesondere von Spannung und Frequenz, erforderlich. Neben der Dielektrophorese erfolgten auch Beobachtungen anderer Effekte des elektrischen Feldes, wie z.B. Elektrolyse an Nano-Elektroden und Strömungen über dem Elektroden-Array, hervorgerufen durch Joulesche Wärme und AC-elektroosmotischen Fluss. Zudem konnte Dielektrophorese an Silberpartikeln beobachtet werden und mittels Fluoreszenz-, Atom-Kraft-, Raster-Elektronen-Mikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie untersucht werden. Schließlich wurden die verwendeten Objektive und Kameras auf ihre Lichtempfindlichkeit hin analysiert, so dass die Vereinzelung von Biomolekülen an Nano-Elektroden nachweisbar war. Festzuhalten bleibt also, dass die Vereinzelung von Nano-Objekten und Biomolekülen an Nano-Elektroden-Arrays gelungen ist. Durch den parallelen Ansatz erlaubt dies, Aussagen über das Verhalten von Einzelmolekülen mit guter Statistik zu treffen. N2 - In this work, nanoelectrode arrays were used for single object immobilization by dielectrophoresis. Fluorescently labeled nanospheres were used as a model system and the results were transferred to biological samples. The experiments in combination with different electrode layouts led to a deterministic singling of the nanospheres for a fixed size ratio between nanosphere and tipdiameter. Dielectrophoretic immobilization could also be demonstrated for the proteins BSA and R-PE, while R-PE molecules were even immobilized as single objects. For this purpose, in addition to an optimized electrode layout, which was searched by numerical field calculations, an optimization of the field parameters was required, in particular of voltage and frequency. Besides dielectrophoresis, observations of other effects were made, e.g. electrolysis at nanoelectrodes and fluid flows caused by Joule heating and AC-electroosmotic flow. In addition, dielectrophoresis was observed on silver nanoparticles, which was examined by fluorescence-, atomic force-, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. Finally, the objectives and cameras were analyzed for their photosensitivity so that the singling of biomolecules on nanoelectrodes became detectable. The successful singling of nanoobjects and biomolecules on nanoelectrodes has been shown in a parallel approach so that it is possible to make statements about the behavior of single molecules with good statistics. KW - Dielektrophorese KW - Einzelmolekül-Biosensor KW - parallele Immobilisierung von Biomolekülen KW - R-PE KW - Polystyrol Nano-Sphären KW - Nano-Elektroden KW - 3D-Feldsimulationen KW - Einzel-Objekt-Nachweis KW - Fluoreszenz-Mikroskopie KW - REM KW - dielectrophoresis KW - single-molecule biosensor KW - parallel immobilization of biomolecules KW - R-PE KW - polystyrene nano-spheres KW - nano-electrodes KW - 3D field calculations KW - single-object detection KW - fluorescence microscopy KW - SEM Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-443137 ER - TY - THES A1 - Herfurth, Christoph T1 - Einstufen-Synthese und Charakterisierung amphiphiler Sternpolymere als multifunktionale assoziative Verdicker T1 - One-step synthesis and characterisation of amphiphilic star polymers as multifunctional associative thickeners N2 - Typische assoziative Verdicker für wässrige Systeme basieren auf linearen, doppelt hydrophob endmodifizierten Poly(ethylenglykolen) (PEGs). Diese Polymere aggregieren aufgrund ihrer Struktur in wässriger Lösung und bilden ein Netzwerk aus verbrückten Polymer-Mizellen. Dabei kann ein Polymer-Molekül maximal zwei Mizellen miteinander verbinden. Bisher ist unklar, wie die Anzahl der Endgruppen eines verzweigten, mehrfach hydrophob endmodifizierten hydrophilen Polymers die Struktur und Dynamik solcher Netzwerke beeinflusst. Die Synthese verzweigter Polymere auf PEG-Basis erfolgt mittels lebender ionischer Polymerisation und ist experimentell aufwändig. Das Einführen hydrophober Endgruppen erfordert zusätzliche Synthese-Schritte. In dieser Arbeit wurden hydrophile Sternpolymere mit hydrophoben Endgruppen in einem Schritt hergestellt. Dazu wurde die Technik der radikalischen Polymerisation unter Kettenübertragung durch reversible Addition und anschließende Fragmentierung (reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) genutzt. Die Synthese der Sternpolymere erfolgte von einem multifunktionalen Kern, der die R-Gruppe der RAFT-Kettenüberträger (chain transfer agents, CTAs) bildete. Die dazu benötigten CTAs wurden so konzipiert, dass mit ihrer Hilfe sowohl die Anzahl der Arme des Sternpolymers (von 2 bis 4), als auch die Länge der hydrophoben Endgruppe (C4, C12, C18) variiert werden konnte. Der große Vorteil der RAFT-Polymerisation ist, dass sie viele polare Monomere für die Synthese der hydrophilen Arme des Sternpolymers toleriert. In dieser Arbeit wurden als Modell-Monomere Oligo(ethylenglykol)methylether-acrylat (OEGA) und N,N-Dimethylacrylamid (DMA) eingesetzt. Beide Monomere bilden nicht-ionische hydrophile Polymere. Poly(OEGA) ist ein Kammpolymer, das auf PEG basiert. Poly(DMA) besitzt dagegen eine deutlich kompaktere Struktur. Die erhaltenen amphiphilen Sternpolymere wurden umfassend molekular charakterisiert. Die Molmassen wurden mit verschiedenen GPC-Systemen bestimmt und der Grad der Endgruppenfunktionalisierung wurde mittels UV/Vis- und 1H-NMR-Spektroskopie überprüft. Die Polymerisation von OEGA zeigt mit den CTAs einige Charakteristika der Polymerisation mit reversibler Deaktivierung (RDRP, auch „kontrollierte radikalische Polymerisation“), wird aber durch Kettenübertragung zum Monomer bzw. Polymer gestört. Diese Nebenreaktion ist auf die Struktur des Monomers als Oligoether zurückzuführen. Bei allen untersuchten Polymerisationen von DMA mit den multifunktionalen CTAs steigt die Molmasse linear mit dem Umsatz. Die erhaltenen Polymere zeigen durchweg monomodale und enge Molmassenverteilungen (PDI ≤ 1,2). Die Molmassen lassen sich in einem weiten Bereich von 25 kg/mol bis 150 kg/mol einstellen und die Endgruppen der Polymere bleiben zu 90 % erhalten. Während die Polymerisation von DMA sowohl mit den di- als auch den trifunktionalen CTAs innerhalb von 3 h zu quantitativen Umsätzen verläuft, wird der quantitative Umsatz des Monomers bei der Polymerisation mit tetrafunktionalen CTAs erst nach 4 h erreicht. Diese Verzögerung ist auf eine Retardierung in der Anfangsphase der Polymerisation zurückzuführen, die sich aus der besonderen Struktur der tetrafunktionalen CTAs erklärt. Auf dem System zur Polymerisation von DMA aufbauend ließen sich Gradienten-Block-Copolymere in Eintopfreaktionen herstellen. Dazu wurde nach Erreichen des quantitativen Umsatzes von DMA ein zweites Monomer zur Reaktionsmischung gegeben. Mit Ethylacrylat (EtA) wurden so lineare amphiphile symmetrische Triblock-Copolymere erhalten. Dabei wurde die Länge des hydrophoben Blocks durch unterschiedliche Mengen an EtA variiert. Mit N,N-Diethylacrylamid (DEA) wurden lineare symmetrische Triblock-Copolymere sowie 3-Arm Stern-Diblock-Copolymere hergestellt, die über einen thermisch schaltbaren zweiten Block verfügen. Bei diesen Polymeren lässt sich die Länge des hydrophoben Teils in situ durch Veränderung der Temperatur variieren. Das Verhalten der amphiphilen Sternpolymere in wässriger Lösung und in Mikroemulsion wurde im Rahmen einer Kooperation an der TU Berlin mit Hilfe von Kleinwinkel-Neutronenstreuung (SANS), dynamischer Lichtstreuung (DLS) und Rheologie untersucht. Die Polymere wirken durch Assoziation der hydrophoben Endgruppen als effektive Verdicker sowohl allein in wässriger Lösung als auch in Mikroemulsion. Die Struktur des gebildeten Netzwerks hängt dabei von der Konzentration des Polymers in der Lösung und der Länge der Endgruppe (Hydrophobie) ab. Die dynamischen Eigenschaften der Lösungen werden außerdem durch die Anzahl der Arme der Polymere bestimmt. N2 - Typically, associative thickeners for aqueous system consist of linear, hydrophobically α,ω-end-capped poly(ethylene glycols) (PEGs). Owing to their structure, these polymers aggregate in aqueous solution, forming a network of bridged micelles. Thus, one polymer molecule can link not more than two micelles. Until now it is unclear whether the structure and dynamics of such networks are influenced by the number of end groups of a branched multiply hydrophobically end-capped hydrophilic polymers. Branched PEG-based polymers are synthesized using the laborious and limited techniques of living ionic polymerization. Introducing hydrophobic end groups demands a multiple-step process. This work presents the one-step synthesis of hydrophilic star polymers with hydrophobic end groups, using reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. This radical polymerization method is easy to use and tolerates a large number of polar monomers for the synthesis of the hydrophilic arms of the star polymers. The arms of the polymer were grown from a multifunctional core that formed the R-group of the chain transfer agents (CTAs). The CTAs where tailored to be able to vary the number of arms of the star polymers from 2 to 4 and to vary the length (and therefore the hydrophobicity) of the end groups (C4, C12, C18). Two different polar monomers where used as model monomers: Oligo(ethylene glycol)methyl ether acrylate (OEGA) and N,N-Dimethylacrylamide (DMA). Both monomers yield non-ionic hydrophilic polymers. While poly(OEGA) is a comb polymer based on PEG, poly(DMA) exhibits a more compact structure. The amphiphilic star polymers were characterized extensively. The molar masses were determined using GPC in various solvents and the degree of end functionalisation was monitored using 1H NMR and UV/Vis spectroscopy. The polymerization of OEGA shows some of the expected characteristics of reversible deactivation radical polymerization (RDRP). However, chain transfer to monomer and polymer is a prominent side reaction, limiting the use of this monomer for the fabrication of well-defined material. This reaction can be attributed to the structure of the monomer being an oligoether. For all examined polymerizations of DMA with the multifunctional CTAs the molar mass increased linearly with conversion. The molar mass distributions were monomodal and narrow (PDI ≤ 1.2). Expected values were reached for molar masses from 25 to 150 kg/mol and the end group functionality was about 90 % in all cases. While the polymerization of DMA using di- and trifunctional CTAs proceeded to quantitative conversion within 3 h, an initial retardation period of about 60 min was observed for the polymerization using tetrafunctional CTAs. This retardation was attributed to the peculiar molecular structure of these CTAs. Owing to the well-controlled features of the polymerization of DMA using the multifunctional CTAs, this system was used to obtain tapered block copolymers in a one-pot process. These structures were achieved by adding a second monomer to the reaction mixture after the quantitative conversion of DMA. Using ethyl acrylate (EtA), linear amphiphilic symmetrical triblock copolymers were synthesized. The length of the hydrophobic block was tailored by the addition of varying amounts of EtA. With N,N-Diethylacrylamide as a second monomer, linear symmetric triblock copolymers as well as 3-arm star diblock copolymers were obtained that contain a thermosensitve block. Altering the temperature of aqueous solutions of these polymers varies the length of the hydrophobic block in situ. At the TU Berlin, the behavior of the polymers was studied in aqueous solution as well as in microemulsion. The solutions were characterized by small angle neutron scattering (SANS), dynamic light scattering (DLS) and rheology. The end groups of the polymers aggregate, making the polymers efficient thickeners both in aqueous solution and in microemulsion. The structure of the formed network depends on the concentration of the polymer in solution and on the length of the end group. The dynamic properties of the solutions are governed additionally by the number of arms. KW - RAFT-Polymerisation KW - Sternpolymere KW - Synthese KW - Amphiphile Polymere KW - Assoziative Verdicker KW - RAFT polymerisation KW - star polymers KW - synthesis KW - amphiphilic polymers KW - associative thickeners Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62446 ER - TY - THES A1 - Junick, Jana T1 - Einfluss von Synbiotika auf die intestinale Mikrobiota gesunder Neugeborener T1 - Effect of starter formula with synbiotics on the intestinal microbiota of healthy newborn infants N2 - Hintergrund: Gestillte Kinder haben im Vergleich zu nicht gestillten Kindern eine geringere Inzidenz von gastrointestinalen Infektionen und atopischen Erkrankungen. Man geht davon aus, dass der gesundheitsfördernde Effekt der Muttermilch teilweise über die intestinale Mikrobiota vermittelt wird. Diese ist in Stillkindern durch eine geringe Diversität und einen hohen Anteil an Bifidobakterien charakterisiert. Neueste Ansätze in der Weiterentwicklung industriell hergestellter Säuglingsnahrung zielen darauf ab, eine intestinale Mikrobiota zu fördern, die der von gestillten Kindern ähnelt. Die Supplementation von Säuglingsnahrung mit Probiotika (lebende Mikroorganismen) oder Präbiotika (unverdauliche Kohlenhydrate, die als Energiesubstrat für probiotische Bakterien dienen) könnte die bifidogene und antipathogene, aber auch immunmodulierende Wirkung der Muttermilch nachahmen. Aufgrund unterschiedlicher Interaktionen mit der Darmmikrobiota und dem Immunsystem fokussiert man mit der gleichzeitigen Gabe von Pro- und Präbiotika (Synbiotika) eine synergistische Wirkung an. Zielstellung und Studiendesign: In einer randomisiert-kontrollierten, klinischen Studie wurde untersucht, ob sich in den ersten drei Lebensmonaten von gesunden und termingerecht geborenen Kindern mit einer Synbiotikum-haltigen Säuglingsnahrung eine intestinale Mikrobiota etabliert, die der von gestillten Kindern gleicht. Das Synbiotikum setzte sich aus Bifidobacterium animalis ssp. lactis CNCM I 3446 (ältere Bezeichnung B. lactis BB-12) und Kuhmilcholigosacchariden zusammen. Die Studie umfasste zwei Gruppen von Kindern, die eine Säuglingsnahrung mit (SYN-Gruppe, n=21) oder ohne Supplement (KON-Gruppe, n=18) erhielten. Gestillte Kinder dienten als Referenz (REF-Gruppe, n=23). Um die Diversität der Bifidobakterien auf Speziesebene umfassend zu charakterisieren, wurden quantitative Real-Time PCR (qPCR)-Verfahren, basierend auf dem single-copy groEL als phylogenetisches Zielgen, zur spezifischen Quantifizierung von zwölf Bifidobakterienspezies in humanen Fäzes entwickelt und validiert. Ergebnisse: Die supplementierte Säuglingsnahrung war gut verträglich und unterstützte eine gesunde Entwicklung; vergleichbare anthropometrische Daten von SYN- und REF-Gruppe. Das Synbiotikum stimulierte selektiv das Wachstum von Laktobazillen und Bifidobakterien. Die Zellzahl für Laktobazillen der SYN-Gruppe war zur REF-Gruppe äquivalent (9,07±0,32 versus 9,90±0,27 log10 Zellen/g Fäzes TM [MW±SEM]; p<0,0019; Äquivalenzdifferenz von 1 log10 Zellen/g Fäzes TM) und höher als in der KON-Gruppe (8,27±0,31 log10 Zellen/g Fäzes TM [MW±SEM]). Die Zellzahl für Bifidobakterien war in der SYN-Gruppe am höchsten (11,54±0,05 versus 11,00±0,17 [REF-Gruppe] und 10,54±0,24 [KON-Gruppe] log10 Zellen/g Fäzes TM [MW±SEM]). In der SYN-Gruppe wurde die höchste Anzahl an Bifidobakterienspezies erfasst (167 mit [128 ohne] B. animalis in 56 Fäzesproben versus 98 und 93 in jeweils 51 Fäzesproben der REF- und KON-Gruppe). Neben Kinder-typischen Spezies wie B. bifidum und B. breve wurden auch Spezies, die für Erwachsene charakteristisch sind (B. adolescentis), häufiger in der SYN-Gruppe als in den Vergleichsgruppen nachgewiesen. Der pH-Wert in Fäzes von Kindern aus der SYN-Gruppe war niedriger als der aus der KON-Gruppe (6,07±0,20 versus 6,45±0,17 [MW±SEM]) und näher an dem von gestillten Kindern mit 5,29±0,12 (MW±SEM). Schlussfolgerung: Die Supplementation einer Säuglingsnahrung mit dem Synbiotikum aus CNCM I-3446 und Kuhmilcholigosacchariden führte zu einer Angleichung in der Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota und des fäkalen pH-Wertes an gestillte Kinder. Die in dieser Arbeit entwickelten groEL-basierten qPCR-Verfahren erlaubten eine spezifische und genaue Analyse der Bifidobakterienpopulation unter dem Einfluss eines Synbiotikums. N2 - Background: Compared to formula-fed infants, breast-fed infants have a reduced incidence of gastrointestinal infections and atopic diseases. The health-promoting effect of breast milk is assumed to be partly mediated by the intestinal microbiota, which is characterized by a low diversity and a high proportion of bifidobacteria. Recent approaches in further development of infant formulae aim at promoting an intestinal microbiota similar to that of breast-fed infants. The supplementation of infant formula with probiotics (live microorganisms) or prebiotics (non-digestible carbohydrates, which serves as energy substrates for probiotic bacteria) could mimic the bifidogenic and antipathogenic, but also immunomodulating effect of breast milk. Due to various interactions with the gut microbiota and the immune system, the simultaneous administration of pro- and prebiotics (synbiotics) is focussed to have a synergistic effect. Objective and study design: In a randomized-controlled, clinical trial healthy full-term infants receiving an infant formula with synbiotic for the first three months of life were studied, whether an intestinal microbiota is induced, which is equivalent to that of breast-fed infants. The synbiotic consisted of Bifidobacterium animalis ssp. lactis CNCM I 3446 (previously known as B. lactis BB-12) and cow milk oligosaccharides. The study comprised two groups of infants receiving a starter formula with (SYN-group, n=21) or without supplement (KON-group, n=18). Breast-fed infants served as a reference (REF-group, n=23). In order to comprehensively characterize the bifidobacteria diversity at species level, quantitative real-time PCR (qPCR) assays based on the single-copy groEL as phylogenetic marker for the specific quantification of twelve bifidobacteria species in human feces were established and validated. Results: The supplemented formula was well tolerated and supported a healthy development; comparable anthropometric data of SYN- and REF-group. The synbiotic selectively stimulated the growth of lactobacilli and bifidobacteria. Lactobacilli levels were equivalent in SYN- and REF-group (9.07±0.32 versus 9.90±0.27 log10 cells/g feces DM [Mean±SEM]; p<0.0019; equivalence margin of 1 log10 cells/g feces DM) and higher than the KON-group (8.27±0.31 log10 cells/g feces DM [Mean±SEM]). The highest levels of bifidobacteria were observed in the SYN-group (11.54±0.05 versus 11.00±0.17 [REF-group] and 10.54±0.24 [KON-group] log10 cells/g feces DM [Mean±SEM]). The highest number of bifidobacteria species were obtained in the SYN-group (167 with [128 without] B. animalis in 56 fecal samples versus 98 and 93 in each of 51 fecal samples of the REF- and KON-group). Beside species, typically found in infants such as B. bifidum und B. breve, also species, which are characteristic for adults (B. adolescentis), were detected more often in the SYN-group than in the other study groups. Fecal pH was lower in the SYN- than in the KON-group 6.07±0.20 versus 6.45±0.17 [Mean±SEM]) and closer to that of breast-fed infants (5.29±0.12 [Mean±SEM]). Conclusion: In infants fed a starter formula supplemented with a synbiotic (CNCM I-3446 and cow milk oligosaccharides), composition of intestinal microbiota and fecal pH were closer to that of breast-fed infants. The groEL-based qPCR-assays, developed in this study, allowed a specific and accurate analysis of the bifidobacterial population in response to the synbiotic intake. KW - Synbiotika KW - Säuglingsnahrung KW - intestinale Mikrobiota KW - Bifidobacterium KW - groEL KW - synbiotics KW - starter formula KW - intestinal microbiota KW - bifidobacterium KW - groEL Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69525 ER - TY - THES A1 - Liebrich, Marietta T1 - Einfluss von Prozessoptimierungen auf die mikrobielle Diversität und die Effizienz der Gasbildung in Co-Vergärungsanlagen der Abfallwirtschaft T1 - Influence of process optimizations on the microbial diversity and the efficiency of the gas production in co-fermentation plants of waste management N2 - Im Hinblick auf die Problematik der Umweltverschmutzung durch die Nutzung fossiler Brennstoffe ist es nötig, eine langfristig stabile und umweltfreundliche Energieversorgung zu gewährleisten. Eine Möglichkeit, den Energiebedarf CO2-neutral zu decken, ist die Nutzung von Biogas. Hierbei spielt der Einsatz von biogenen Reststoffen, die durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen gekennzeichnet sind und daher ein hohes Biogaspotential besitzen, eine wichtige Rolle. Voraussetzung für die Effizienz und Rentabilität solcher Anlagen ist u. a. ein stabiler Gasbildungsprozess. Da bisher noch nicht alle Aspekte der Biogasbildung vollständig verstanden sind, werden die Anlagen oft nicht optimal ausgelastet, um Prozessstörungen wie z. B. Übersäuerung zu vermeiden. Um dennoch auftretende Prozessstörungen zu beheben, können unterschiedliche Maßnahmen durchgeführt werden. Neben der Senkung der Raumbelastung, ist es möglich, den pH-Wert durch die Zugabe von Natronlauge oder Calciumoxid anzuheben. In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl Prozessstörungen als auch Prozessregenerierungen an einer großtechnischen Biogasanlage und in Laborversuchen untersucht. Dabei galt es, neben den physikalischen und chemischen Parametern, die mikrobielle Biozönose mit Hilfe des genetischen Fingerprintings zu charakterisieren und Änderungen zu detektieren. Während der Prozessregenerierungen wurden nach der Zugabe von CaO Veränderungen des Gärrestes beobachtet. Es bildeten sich Pellets, die im Hinblick auf ihre Funktion für die Prozessregenerierung und die Prozessstabilität molekularbiologisch und mikroskopisch untersucht wurden. Es wurde weiterhin der Frage nachgegangen, welche Rolle die Mikroorganismen bei der Entstehung der Pellets spielen. Die vor allem aus Calcium und Fettsäuren bestehenden Pellets dienten als Aufwuchsflächen für verschiedene Mikroorganismen. Die Bildung von Biofilmen, wie sie auf und in den Pellets nachgewiesen wurde, bot für Mikroorganismen einen Schutz vor negativen Umwelteinflüssen wie z. B. hohe Propionsäurekonzentrationen. Unter diesen günstigen Bedingungen war die Bildung von Biogas auch unter hohen Wasserstoffpartialdrücken, die den Abbau von Propionsäure hemmten, möglich. Als Indikator für bessere Lebensbedingungen wurde im Laborversuch ein Methanoculleus receptaculi-verwandter Organismus identifiziert. Dieses methanogene Archaeon wurde im Pellet nachgewiesen, während es im Gärrest erst nach der Prozessregenerierung detektiert wurde. Der Nachweis eines im Vergleich zum umgebenden Gärrest höheren Anteils an Archaeen im Kern der Pellets sowie von Biofilmen/EPS, verschiedenen Phosphatsalzen und schwerlöslichen Calciumsalzen zeigte, dass sowohl Präzipitation und Adsorption als auch Degradation von LCFA dazu führen, dass deren Konzentration im flüssigen Gärrest gesenkt wird. Dadurch nimmt die Hemmung auf die Biozönose ab und die Biogasbildungsrate steigt. Daher ist der Abbau der Fettsäuren auch bei einem niedrigen pH-Wert und unter hohen Wasserstoffpartialdrücken möglich und der Biogasbildungsprozess ist langfristig stabil. Die Bildung von Pellets unterstützt die Prozessstabilität, sofern diese nicht zu groß werden und dann u. a. die Durchmischung behindern und den Ablauf verstopfen. Nach erfolgreicher Prozessstabilisierung wurden keine Pellets im Gärrest beobachtet. Der Abbau des organischen Materials wurde sowohl durch die steigende Calciumkonzentration als auch die steigende Gasproduktion angezeigt. N2 - In regard to the problems of the environmental pollution with the use of fossil fuels it is necessary to guarantee a long term stable and environment-friendly energy supply. The production of biogas of such organic substances as waste or renewable raw materials is an economically and ecologically interesting option, intended to reduce the effects of climate change, due to increased CO2 emissions and to replace traditional fossil fuels. The use of biogenic residues plays an important role, as they are characterised by a high amount of carbohydrates, fats and proteins and therefore have a high biogas potential. To optimise the efficiency and reliability of biogas plants, it is important to ensure a process of stable gas production. However, many aspects of the biogas production process are still unknown. Thus, biogas plants are often run below their maximum loading rate to prevent process failures. To solve occurring process failures different counter measures can be performed such as decrease of the organic loading rate or raise the pH by adding sodium hydroxide or calcium oxide. In this work, both process failures and process recovery were studied in a large-scale biogas plant and in laboratory experiments. Physical and chemical parameters were examined, and using genetic fingerprinting the microbial biocenosis was characterised and changes were detected. During the deacidification process with CaO, the structure of the digestate changed, and pellets were observed. These were examined by molecular biology and microscopy, in terms of their function for the process recovery and process stability. Furthermore the role of microorganisms in the formation of these pellets was investigated. The pellets consisted predominantly of calcium and fatty acids and were providing a large surface for microbial growth. The detected biofilms out and inside the pellets were offering a protection from environmental influences, such as high propionic acid concentrations. These favourable conditions enabled the formation of biogas in the pellets, despite a hydrogen partial pressure in the digestate that was far too high for an energy gaining degradation of propionic acid. As an indicator of better living conditions, a Methanoculleus receptaculi-related organism was identified in laboratory studies. This methanogenic archaea was detected in the pellet during overacidification but only after process recovery in the digestate. The proof of higher abundance of archaea in the core of the pellets as well as the detection of biofilms/EPS, different phosphate minerals and sparingly soluble calcium salts indicates that both precipitation and adsorption and degradation of LCFA cause their decreasing concentration in the liquid digestate. This decreases the inhibition of the microbial biocenosis, and the biogas production rate increases. Therefore, the degradation of fatty acids is also possible with a low pH and high hydrogen partial pressures and the biogas production process is long-term stable. The formation of pellets supports process stability, providing that these are not too big and hamper the mixing or clog the drain. After successful process recovery no pellets were observed in the digestate. The degradation of organic material was evidenced by both the increasing calcium concentration and increasing gas production rate. KW - Biogas KW - biogas KW - Übersäuerung KW - overacidification KW - Prozessregenerierung KW - process recovery KW - Phosphat akkumulierende Organismen KW - phosphate accumulating organisms KW - Pelletbildung KW - granule formation Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-91066 ER - TY - THES A1 - Schwarz, Franziska T1 - Einfluss von Kalorienrestriktion auf den Metabolismus T1 - Effect of Caloric Restriction on Metabolism N2 - Die Häufung von Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einigen Krebsarten, deren Entstehung auf Übergewicht und Bewegungsmangel zurückzuführen sind, ist ein aktuelles Problem unserer Gesellschaft. Insbesondere mit fortschreitendem Alter nehmen die damit einhergehenden Komplikationen zu. Umso bedeutender ist das Verständnis der pathologischen Mechanismen in Folge von Adipositas, Bewegungsmangel, des Alterungsprozesses und den Einfluss-nehmenden Faktoren. Ziel dieser Arbeit war die Entstehung metabolischer Erkrankungen beim Menschen zu untersuchen. Die Auswertung von Verlaufsdaten anthropometrischer und metabolischer Parameter der 584 Teilnehmern der prospektiven ‚Metabolisches Syndrom Berlin Potsdam Follow-up Studie‘ wies für die gesamte Kohorte einen Anstieg an Übergewicht, ebenso eine Verschlechterung des Blutdrucks und des Glukosestoffwechsels auf. Wir untersuchten, ob das Hormon FGF21 Einfluss an dem Auftreten eines Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) oder des Metabolischen Syndroms (MetS) hat. Wir konnten zeigen, dass Personen, die später ein MetS entwickeln, bereits zu Studienbeginn einen erhöhten FGF21-Spiegel, einen höheren BMI, WHR, Hb1Ac und diastolischen Blutdruck aufwiesen. Neben FGF21 wurde auch Vaspin in diesem Zusammenhang untersucht. Es zeigte sich, dass Personen, die später einen T2DM entwickeln, neben einer Erhöhung klinischer Parameter tendenziell erhöhte Spiegel des Hormons aufwiesen. Mit FGF21 und Vaspin wurden hier zwei neue Faktoren für die Vorhersage des Metabolischen Syndroms bzw. Diabetes mellitus Typ 2 identifiziert. Der langfristige Effekt einer Gewichtsreduktion wurde in einer Subkohorte von 60 Personen untersucht. Der überwiegende Teil der Probanden mit Gewichtsabnahme-Intervention nahm in der ersten sechsmonatigen Phase erfolgreich ab. Jedoch zeigte sich ein deutlicher Trend zur Wiederzunahme des verlorenen Gewichts über den Beobachtungszeitraum von fünf Jahren. Von besonderem Interesse war die Abschätzung des kardiovaskulären Risikos über den Framingham Score. Es wurde deutlich, dass für Personen mit konstanter Gewichtsabnahme ein deutlich geringeres kardiovaskuläres Risiko bestand. Hingegen zeigten Personen mit konstanter Wiederzunahme oder starken Gewichtsschwankungen ein hohes kardiovaskuläres Risiko. Unsere Daten legten nahe, dass eine erfolgreiche dauerhafte Gewichtsreduktion statistisch mit einem erniedrigten kardiovaskulären Risiko assoziiert ist, während Probanden mit starken Gewichtsschwankungen oder einer Gewichtszunahme ein gesteigertes Risiko haben könnten. Um die Interaktion der molekularen Vorgänge hinsichtlich der Gewichtsreduktion und Lebensspanne untersuchen zu können, nutzen wir den Modellorganismus C.elegans. Eine kontinuierliche Restriktion wirkte sich verlängernd, eine Überversorgung verkürzend auf die Lebensspanne des Rundwurms aus. Der Einfluss eines zeitlich eingeschränkten, intermittierenden Nahrungsregimes, analog zum Weight-Cycling im Menschen, auf die Lebensspanne war von großem Interesse. Dieser regelmäßige Wechsel zwischen ad libitum Fütterung und Restriktion hatte in Abhängigkeit von der Häufigkeit der Restriktion einen unterschiedlich starken lebensverlängernden Effekt. Phänomene, wie Gewichtswiederzunahmen, sind in C.elegans nicht zu beobachten und beruhen vermutlich auf einem Mechanismus ist, der evolutionär jünger und in C.elegans noch nicht angelegt ist. Um neue Stoffwechselwege zu identifizieren, die die Lebensspanne beeinflussen, wurden Metabolitenprofile genetischer als auch diätetischer Langlebigkeitsmodelle analysiert. Diese Analysen wiesen den Tryptophan-Stoffwechsel als einen neuen, bisher noch nicht im Fokus stehenden Stoffwechselweg aus, der mit Langlebigkeit in Verbindung steht. N2 - The accumulation of diseases attributed to obesity and sedentary lifestyle has emerged as a current problem in our society. Over time, the accompanying complications increase. Therefore, it is of utmost importance to understand the pathological mechanisms due to overweight and a lack of physical activity, as well as of the aging process and its influencing factors. Our aim was to examine the development of metabolic diseases in a human cohort. We evaluated anthropometric data and metabolic parameters of 584 participants of the prospective MeSyBePo follow-up study with a mean follow-up of more than 5 years. We observed an increase in excess weight in the entire cohort. Likewise worsening of blood pressure and parameters of glucose metabolism was distinctive for this group. FGF21 was identified as a new potential biomarker for the evaluation of the risk of Diabetes mellitus type 2 and the metabolic syndrome. By exclusion of all individuals with a diagnosed Diabetes mellitus type 2 as well as metabolic syndrome at baseline we examined whether FGF21 would have a predictive value for the incidence of Diabetes mellitus type 2 or the metabolic syndrome. We could show that, compared to controls, individuals who developed a metabolic syndrome had significantly elevated FGF21 levels at baseline accompanied by higher BMI, WHR, Hb1Ac and diastolic blood pressure. FGF21 proved to be an independent predictor of the metabolic syndrome following adjustment for age, gender, follow-up time, WHR, systolic blood pressure, HDL, triglycerides and fasting blood glucose levels. Vaspin was identified as another adipokine that influenced the risk of Diabetes mellitus type 2. We examined whether yaspin had a predictive value for the incidence of Diabetes mellitus type 2 under exclusion of all diabetics at baseline and all participants with the intention to lose weight. We could show that, compared to controls, individuals who became diabetic had significantly higher BMI, WHR, HbA1c, systolic blood pressure, triglycerides, fasting plasma glucose as well as 2h glucose. Vaspin had a strong effect on the risk of Diabetes mellitus type 2 when adjusted for age, gender, BMI, follow-up time, Hb1Ac, waist circumference, leukocytes and light activity. In a subcohort of 60 individuals with the intention to lose weight, the long-term effects of weight loss were examined. Weight course of all 60 participants was asked and validated. The majority reduced weight successfully during the initial intervention period of 6 month. However, a distinct trend indicated weight regain over time. The evaluation of cardiovascular risk by the Framingham Risk Score for this cohort was of particular interest. Stratified by weight course, the cardiovascular risk was reduced for those with constant weight. Elevated risk was calculated for individuals with constant regain or strong weight cycling. Overall, the size of our cohort was insufficient to come to a final conclusion. Our data imply that a successful weight loss is associated with a lower estimated cardiovascular risk, while individuals who regain weight are likely to increase their estimated cardiovascular risk. A comparison of the incident cases between groups of Diabetes mellitus type 2 and the metabolic syndrome showed that for those with weight cycling there was a higher risk for an incident of the metabolic syndrome. In order to examine the molecular mechanisms in a simple organism with focus on the interaction of weight reduction and life span, we chose C.elegans. For this model, the influence of a scheduled fasting regime and its influence on life span was examined. Continuous restriction and oversupply of nutrients caused elongated and shortened life spans, respectively. We were interested in the effect of an intermittent fasting regime on life span. The regular switch between ad libitum feeding and restriction as a function of the number of restriction cycles caused various life prolonging effects. The phenomenon of weight regain known amongst humans could not be observed in the nematode. The effect is probably regulated via mechanisms that are phylogenetically younger and therefore not present yet in the nematode. As a speculation, the reward system could be the missing mechanism in the nematode. In order to identify new metabolic pathways that influence life span we analysed metabolic profiles of genetically and dietary longlived models. We identified trytophan metabolism as a new, yet unknown pathway that is related to the regulation of life span. Its significance was examined via RNA interference by inhibiting the degradation and alternation of tryptophan, which resulted in an increase in life span. In summary, we were able to identify two new hormones as predictors for the metabolic syndrome and Diabetes mellitus type 2 - Vaspin and FGF21. We showed that a successful weight reduction is often followed by weight regain and that this is associated with negative metabolic consequences. The limitation of our study is the small size of the cohort. Therefore a final evaluation of the examined relations is not yet possible. For the nematode C.elegans, we could show that the frequency of fasting periods is a life extending factor that should not be underestimated. We assume that the mechanisms behind the negative metabolic consequences of an intended weight reduction are phylogenetically younger and therefore not yet present in the nematode. In an unbiased analyses of the changes in metabolic profiles in different nematodes, we were able to prove the importance of the tryptophan pathway for longevity in the nematode. KW - Kalorienrestriktion KW - Gewichtsreduktion KW - kardiovaskuläres Risiko KW - caloric restriction KW - weight reduction KW - cardiovascular risk Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-83147 ER - TY - THES A1 - Kluth, Oliver T1 - Einfluss von Glucolipotoxizität auf die Funktion der β-Zellen diabetessuszeptibler und –resistenter Mausstämme T1 - Effects of glucolipotoxicity on beta-cells of diabetes-susceptible and diabetes-resistant mouse strains N2 - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Glucose- und Lipidtoxizität auf die Funktion der β-Zellen von Langerhans-Inseln in einem diabetesresistenten (B6.V-Lepob/ob, ob/ob) sowie diabetessuszeptiblen (New Zealand Obese, NZO) Mausmodell zu untersuchen. Es sollten molekulare Mechanismen identifiziert werden, die zum Untergang der β-Zellen in der NZO-Maus führen bzw. zum Schutz der β-Zellen der ob/ob-Maus beitragen. Zunächst wurde durch ein geeignetes diätetisches Regime in beiden Modellen durch kohlenhydratrestriktive Ernährung eine Adipositas(Lipidtoxizität) induziert und anschließend durch Fütterung einer kohlenhydrathaltigen Diät ein Zustand von Glucolipotoxizität erzeugt. Dieses Vorgehen erlaubte es, in der NZO-Maus in einem kurzen Zeitfenster eine Hyperglykämie sowie einen β-Zelluntergang durch Apoptose auszulösen. Im Vergleich dazu blieben ob/ob-Mäuse längerfristig normoglykämisch und wiesen keinen β-Zelluntergang auf. Die Ursache für den β-Zellverlust war die Inaktivierung des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs, wie durch Abnahme von phospho-AKT, phospho-FoxO1 sowie des β-zellspezifischen Transkriptionsfaktors PDX1 gezeigt wurde. Mit Ausnahme des Effekts einer Dephosphorylierung von FoxO1, konnten ob/ob-Mäuse diesen Signalweg aufrechterhalten und dadurch einen Verlust von β-Zellen abwenden. Die glucolipotoxischen Effekte wurden in vitro an isolierten Inseln beider Stämme und der β-Zelllinie MIN6 bestätigt und zeigten, dass ausschließlich die Kombination hoher Glucose und Palmitatkonzentrationen (Glucolipotoxizität) negative Auswirkungen auf die NZO-Inseln und MIN6-Zellen hatte, während ob/ob-Inseln davor geschützt blieben. Die Untersuchung isolierter Inseln ergab, dass beide Stämme unter glucolipotoxischen Bedingungen keine Steigerung der Insulinexpression aufweisen und sich bezüglich ihrer Glucose-stimulierten Insulinsekretion nicht unterscheiden. Mit Hilfe von Microarray- sowie immunhistologischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass ausschließlich ob/ob-Mäuse nach Kohlenhydratfütterung eine kompensatorische transiente Induktion der β-Zellproliferation aufwiesen, die in einer nahezu Verdreifachung der Inselmasse nach 32 Tagen mündete. Die hier erzielten Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass der β-Zelluntergang der NZO-Maus auf eine Beeinträchtigung des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs sowie auf die Unfähigkeit zur β- Zellproliferation zurückgeführt werden kann. Umgekehrt ermöglichen der Erhalt des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs und die Induktion der β-Zellproliferation in der ob/ob-Maus den Schutz vor einer Hyperglykämie und einem Diabetes. N2 - The aim of the project was to investigate the impact of glucose- and fatty acid toxicity on β-cell function in a diabetes susceptible (New Zealand Obese, NZO) and resistant (B6.V-Lepob/ob, ob/ob)mouse model. Specifically, the molecular mechanisms of glucolipotoxicity-induced β-cell failure in the NZO mouse and pathways which contribute to protection of ob/ob mice against diet-induced type 2 diabetes should be elucidated. First, the animals were fed a fat-enriched carbohydrate-free diet which resulted in severe obesity and insulin resistance (lipotoxicity). Subsequently, mice were exposed to a carbohydrate-containing diet to induce conditions of glucolipotoxicity. This sequential dietary regimen provides a convenient method to induce rapid hyperglycaemia with β-cell destruction by apoptosis in a short time frame in NZO mice. In contrast, long-term exposure of ob/ob mice to the same dietary regimen leads to normoglycaemia and a protection against β-cell failure. The molecular mechanism behind carbohydrate-mediated β-cell destruction in NZO mice was an inactivation of the insulin/IGF-1 receptor signaling pathway including loss of phospho-AKT, phospho-FoxO1 and of the β-cell specific transcription factor PDX1. With the exception of FoxO1-dephosphorylation, ob/ob mice maintained this survival pathway and therefore were protected against loss of β-cells. The adverse effects of glucolipotoxicity on β-cells were verified in vitro by treatment of isolated NZO-islets and MIN6-cells under glucolipotoxic conditions. Only the combination of high glucose in the presence of palmitate caused deterioration of NZO-islets and MIN6-cells whereas ob/ob-islets were protected. The investigation of the insulin expression pattern showed, that glucolipotoxic conditions inhibited a glucose-induced increase in insulin expression in both, NZO and ob/ob islets. Furthermore, NZO and ob/ob-islets did not differ in glucose-stimulated insulin secretion. Expression profiling and immunohistochemical analyses of islets from NZO and ob/ob mice before and after carbohydrate intervention revealed a transient induction of a compensatory β-cell proliferation. During a 32 day carbohydrate feeding islet mass of ob/ob mice increased almost 3-fold. In conclusion, β-cell failure in NZO mice was induced via impairment of the insulin/IGF-1 signaling pathway and the inability to adequately increase β-cell mass by proliferation. Conversely, maintenance of the insulin/IGF-1 receptor signaling pathway and the induction of β-cell proliferation protected ob/ob mice against hyperglycaemia and type 2 diabetes. KW - Glucolipotoxizität KW - Beta-Zelle KW - NZO KW - ob/ob KW - Diabetes KW - glucolipotoxicity KW - beta-cell KW - NZO KW - ob/ob KW - diabetes Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-61961 ER - TY - THES A1 - Kaiser, Michael T1 - Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf Menge und Zusammensetzung unterschiedlich stabiler Fraktionen der organischen Bodensubstanz N2 - Ziel dieser Arbeit ist es, ein sequentielles Extraktionsverfahren zur Erfassung unterschiedlich stabiler Anteile der orgnischen Bodensubstanz (OBS) zu entwickeln und zu klären, ob ein Zusammenhang zwischen Löslichkeit und Stabilität besteht. Darüber hinaus sollen der Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf Menge und Zusammensetzung dieser OBS-Anteile und Zusammenhänge zwischen Fourier Transform Infrarot (FT-IR)-Spektroskopiedaten und der Kationenaustauschkapazität (KAK) der OBS analysiert werden. Für die Untersuchungen wurden Böden der Langzeitfeldexperimente (LFE) in Halle, Bad Lauchstädt und Rotthalmünster beprobt. Zur Erfassung unterschiedlicher OBS-Fraktionen wurden im ersten Schritt die wasserlöslichen OBS-Anteile (OBS(W)-Fraktion) aus den Böden isoliert. Im zweiten Schritt wurden aus den Extraktionsrückständen der Wasserextraktion OBS-Anteile mit einer Natrium (Na)-Pyrophosphatlösung extrahiert (OBS(PY)-Fraktion). Die Stabilität der OBS-Fraktionen wurde anhand von δ13C-Bestimmungen und 14C-Messungen untersucht. Die Charakterisierung der Zusammensetzung der OBS-Fraktionen erfolgte mittels FT-IR Spektroskopie. Generell wird mit der OBS(PY)-Fraktion ein größerer Anteil am organischen Kohlenstoffgehalt der Böden erfasst als mit der OBS(W)-Fraktion. Die δ13C- und 14C-Daten zeigen, dass die OBS(W)-Fraktion höhere Anteile jungen organischen Materials als die OBS(PY)-Fraktion enthält. Das entwickelte sequentielle Extraktionsverfahren ist also prinzipiell geeignet unterschiedlich stabile OBS-Anteile anhand ihrer Löslichkeit zu isolieren. Mittels FT-IR spektroskopischer Untersuchungen wird festgestellt, dass Bewirtschaftungsmaßnahmen, wie die Düngung, sowie Standorteigenschaften die Zusammensetzung der OBS-Fraktionen beeinflussen. Für die OBS(PY)-Fraktion ist dies stärker ausgeprägt als für die OBS(W)-Fraktion. Die KAK der OBS(PY)-Fraktion aus den Böden der LFE in Halle und Bad Lauchstädt ist positiv mit der Absorptionsintensität der C=O-Bande in den FT-IR Spektren dieser OBS-Fraktion korreliert. N2 - The aim of this work is the development of a sequential extraction procedure for the isolation of different stable parts of soil organic matter (SOM) according to their solubility and to prove the relationship between solubility and stability. Additionally, the effects of management on amount and composition of different SOM fractions as well as relationships between data sets from Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy and cation exchange capacitity (CEC) of SOM should be analysed. Soils from long term field experiments at Halle, Bad Lauchstädt and Rotthalmünster were sampled from the soil surface up to 30 cm depth. To obtain different SOM fractions water soluble SOM (SOM(W) fraction) were extracted at first before Na-pyrophosphat soluble SOM (SOM (PY) fraction) were isolated from the residue of water extraction. Stability of different SOM fractions were analyzed using 14C- and δ13C-measurements. Functional composition was studied with FT-IR spectroscopy. Generally, SOM(PY) represents a larger part of soil organic carbon (SOC) than SOM(W) in relation to the total SOC-content of the investigated soils. δ13C- and 14C-measurements show that SOM(W) contains more younger material than SOM(PY). The findings suggest that different stable SOM fractions can be obtained according to their solubility by the sequential extraction procedure. FTIR spectra show that SOM composition is influenced by management options like fertilization and field conditions. Such effects are more pronounced for SOM(PY) than for SOM(W). Furthermore data from FT-IR spectra and CEC measurements of SOMPY) show that the CEC is closely related to the C=O absorption intensities. T2 - Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf Menge und Zusammensetzung unterschiedlich stabiler Fraktionen der organischen Bodensubstanz KW - organische Bodensubstanz KW - unterschiedlich lösliche Fraktionen KW - Stabilität KW - FT-IR Spektroskopie KW - soil organic matter KW - different soluble fractions KW - stability KW - FT-IR spectroscopy Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001886 ER - TY - THES A1 - Schlichter, Susanne T1 - Einfluss des Flavonoids Quercetin auf die epitheliale Barrierefunktion der humanen Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 T1 - The influence of the flavonoid quercetin on the epithelial barrier function in a human colonic carcinoma cell line Caco-2 N2 - Ein hoher Verzehr von Obst und Gemüse scheint das Risiko der Inzidenz verschiedener Erkrankungen zu reduzieren. Es wird vermutet, dass eine Gruppe sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, die Flavonoide, hierfür verantwortlich sind. Mögliche Effekte auf die intestinale Barrierefunktion dieser Substanzklasse sind jedoch weitgehend ungeklärt. Parazelluläre Eigenschaften epithelialer Zellen werden hauptsächlich durch die Zell-Zell-Kontakte der Tight Junction (TJ) insbesondere durch die Proteine Occludin und die Claudine definiert. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte des am häufigsten vorkommenden Flavonoids Quercetin auf die Barrierefunktion der Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 zu untersuchen. Hierbei zeigte sich, dass Quercetin konzentrationsabhängig (50-200 µM) den transepithelialen Widerstand erhöhte. Die Wirkung von 200 µM Quercetin war bereits nach 4 h Inkubation erkennbar und erreichte nach 48 h maximale Werte. Der Wirkverlust, welcher nach 72 h Inkubation eintrat, konnte durch eine tägliche Gabe des Flavonoids verhindert werden. Weiterhin zeigte sich, dass der Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg durch mukosale oder serosale Zugabe gleichermaßen auslösbar war. Western Blot-Analysen der TJ-Proteine Occludin, Claudin-1, -3, -4 und -7 ergaben, dass der durch Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg insbesondere mit einer Zunahme der Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 einherging. Quercetin erhöhte ebenfalls die mRNA-Expression von Claudin-4 (quantitative RT-PCR) und bewirkte eine Aktivierung des Claudin-4-Promotors (Luciferase-Reportergen-Analysen). Mittels Immunfluoreszenz-Färbungen und Laserscanning-Mikroskopie konnte ein vermehrter Einbau von Claudin-4 in die TJ nachgewiesen werden. Funktionelle Untersuchungen mittels radioaktiven Fluxmessungen zeigten, dass das Flavonoid die parazelluläre Permeabilität für Natrium und Chlorid reduzierte, aber die Durchlässigkeit von Mannitol als parazellulärer Marker unverändert blieb. Wir konnten hiermit erstmals nachweisen, dass Quercetin die Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 in den TJ-Komplex verstärkte, wodurch die Ionen-Durchlässigkeit für Natrium und Chlorid vermindert wurde. Das führte zu einer Abdichtung der intestinalen Barriere. Dieser direkte Effekte von Quercetin könnte eine neue Möglichkeit für die Behandlung oder Prävention von Diarrhöe-bedingten intestinalen Barrieredefekten darstellen. N2 - High dietary intake of fruits and vegetables is associated with a reduced disease risk. A group of secondary plant compounds, the flavonoids, are supposed to be important in this respect, but there is still limited information about their effects on intestinal barrier function. Paracellular properties of epithelial cells are defined for the most part by the tight junctional complex with the corresponding tight junction (TJ) proteins occludin and the claudin gene family. Therefore, the aim of our study was to elucidate the effects of quercetin, a common flavonoid, on the barrier function of the colonic epithelial cell line Caco-2. Addition of quercetin to the Caco-2 monolayer applied to the mucosal and serosal culture medium increased transepithelial resistance in a concentration-dependent manner (50-200 µM). The effect of 200 µM quercetin was already observable after 4 hours and reached maximal levels after 48 hours. The loss of action after 72 hours was blocked by a daily addition of the flavonoid. The effect of quercetin was not different after mucosal or serosal addition. Western blot analysis of occludin, claudin-1, -3, -4, and -7 revealed that the resistance rise was associated specifically with an elevated expression of the barrier-sealing TJ protein claudin-4. The mRNA expression and the promotor activity of claudin-4 were found increased by the flavonoid using quantitative RT-PCR and luciferase reporter gene assays. Immunofluorescent staining analyzed by confocal laser scanning microscopy primarily revealed a strong increase of claudin-4, localized within the TJ as well as in subjunctional regions. Radioactive tracer fluxes revealed a reduced paracellular permeability of sodium and chloride by quercetin, whereas the permeability of the uncharged solute mannitol was not altered. We demonstrated that the flavonoid quercetin increases the expression of claudin-4 within the tight junctional complex, which caused a decrease of the paracellular permeability for sodium and chloride. This leads to a sealing of the intestinal barrier for ions. Thus, this novel direct effect of quercetin may be utilized for the treatment or prevention of diarrhea-causing intestinal barrier defects in inflammatory bowel diseases. KW - Flavonoid KW - Quercetin KW - Tight Junction KW - Claudin-4 KW - Caco-2 KW - flavonoid KW - quercetin KW - tight junction KW - claudin-4 KW - Caco-2 Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15269 ER - TY - THES A1 - Vorndran, Katja Marianne T1 - Einfache Decarbonylierungen und stereoselektive Oxidationen von Cyclohexadienen und Cyclohexenen N2 - Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Arbeit das Synthesepotential von Cyclohexadienen und Cyclohexenen deutlich erweitert werden. Die Darstellung der 1-Alkylcyclohexa-2,5-dien-1-carbonsäuren erfolgte mittels Birch-Reduktion in flüssigem Ammoniak und anschließender Umsetzung der intermediär entstehenden Dianionen mit Alkylhalogeniden. So konnte ausgehend von verschiedenen Benzoesäurederivaten eine Reihe interessanter Cyclohexadiene in sehr guten Ausbeuten synthetisiert werden. Erstmals gelangen säurekatalysierte Decarbonylierungen von Cyclohexadiencarbonsäuren, was die einfache Synthese substituierter Aromaten in ausgezeichneten Ausbeuten ermöglichte. In dieser Arbeit wird der Reaktionsmechanismus vorgestellt, welcher durch den Nachweis von Kohlenmonoxid in der Gasphase der Reaktionslösung durch IR-Spektroskopie untermauert wird. Bei der säurekatalysierten Umsetzung von 3-alkylsubstituierten Cyclohexadien-carbonsäuren entstanden neben den erwarteten Aromaten Lactone in ca. 50% Ausbeute. Schließlich zeigen die untersuchten Singulettsauerstoff-En-Reaktionen, der im ersten Teil dargestellten Cyclohexadiene und Lactone, durchweg hohe Regioselektivitäten und lieferten durch elektrostatische Wechselwirkungen und konformative Effekte zum Teil sehr gute Diastereoselektivitäten. Die auxiliarkontrollierte Photooxygenierungen von Cyclohexenon welches mit verschiedenen Weinsäureestern ketalisiert wurde, zeigten jedoch keine bevorzugte p-Facialität des Singulettsauerstoffs. N2 - In this dissertation thesis it was possible to extend the synthetical potential of cyclohexadienes and cyclohexenes with partially newly developed and very efficient synthetic pathways. The alkylcyclohexadiene carboxylic acids were synthesized in good yields via well known Birch-reduction procedure in liquid ammonia from a broad variety of substituted benzoic acid derivatives. A wide range of alkylhalides were subsequently added to the resulting dianion. We were able to decarbonylize the cyclohexadienes through acid catalyses, which leads to ipso-substituted aromatics in excellent yields. The study presents the postulated mechanism, which is supported by the proof of carbon monoxide in the gas phase of the reactionmixture with IR-spectroscopy. When 3-alkylsubstituted cyclohexadiene carboxylic acids were subjected to the acid catalyses they gave lactones in up to 50% yield as side products of the aromatization product.The cyclohexadienes and lactones were used as substrates in singlet oxygen-en-reactions with photochemically induced singulet oxygen. The products showed high regioselectivitiy and partially high diastereoselectivity which is caused by electrostatic interaction and conformativ effects of the reaction intermediates. Experiments to induce auxiliary controlled photooxygenations of cyclohexenones, which were ketalysed with different chiral tartaric acid esters leaded to poor diastereoselectivity and a diverse mixture of isomers. KW - Cyclohexadienderivate ; Chemische Synthese ; Birch-Reduktion ; Decarbonylierung | Cyclohexadienderivate ; Photooxidation ; Stereoselektive Reaktion ; KW - Decarbonylierung KW - Birch-Reduktion KW - Photooxygenierung KW - Singulettsauerstoff KW - Cyclohexadien KW - Decarbonylation KW - Birch-Reduction KW - Photooxygenation KW - Singletoxygen KW - Cylcohexadiene Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000331 ER - TY - THES A1 - Hekkel, Valerie T1 - Eine soziolinguistische Betrachtung von parce que-Strukturen in Synchronie und Diachronie T1 - A sociolinguistic analysis of parce que structures in synchrony and diachrony N2 - Die Dissertation legt ihren Schwerpunkt auf die synchronische und diachronische Variation im Gebrauch der französischen Kausalkonjunktion parce que sowie auf die Interaktion mit den außersprachlichen Variablen Alter und sozioprofessionelle Kategorie. Basierend auf vorausgehenden makrodiachronischen Studien, die Anhaltspunkte dafür liefern, dass die Konjunktion einen Prozess der Pragmatikalisierung durchlaufen hat und weiterhin durchläuft, wurde ein Untersuchungskorpus von 56 Interviews aus den diachronisch distinkten Korpora ESLO1, ESLO2 und LangAge extrahiert. Dieses Untersuchungskorpus diente als Grundlage für Panelstudien und Trendstudien, die darauf ausgerichtet waren, die Pragmatikalisierung von parce que aus einem mikrodiachronischen Gesichtspunkt zu verifizieren. Zusätzlich zu der diachronischen Perspektive wurde eine synchronische Perspektive eingenommen, um die Variation im Gebrauch der Konjunktion so einem diachronischen Phänomen wie dem age grading oder der apparent time zuordnen zu können. Ausgehend von der Theorie der Konstruktionsgrammatik wurden parce que enthaltende Konstruktionen bottom-up annotiert und in fünf Pragmatikalitätsgrade kategorisiert (pra0–pra4). Diese wurden anschließend quantifiziert und in Abhängigkeit des Geburtsjahres und der sozioprofessionellen Kategorie der (männlichen) Sprecher mithilfe mehrerer R-Modelle wie ctrees, trees, lm, hclust und kmeans analysiert. Die Frequenzentwicklung der Pragmatikalitätsgrade bestätigte die Pragmatikalisierungshypothese in einem mikrodiachronischen Rahmen. Zudem konnte ein quantitativer Rückgang im Gebrauch der Konstruktionen am nicht- oder weniger pragmatikalisierten (pra0, pra1) Pol festgestellt werden, während Verwendungsweisen höherer Pragmatikalisierungsgrade (pra2–pra4) über 40 Jahre vergleichsweise stabil blieben. Obwohl für pra2 kein signifikanter Wandel hervortrat, wies dessen Entwicklung bei den Sprechern im mittleren Lebensalter sowie das synchronische Muster in Abhängigkeit von Alter (oder Geburtsjahr) und von sozioprofessioneller Kategorie dennoch in Richtung einer zugrundeliegenden diachronischen Variation. Diese könnte als ein durch die sozialen Transformationen der 1960er und 1970er Jahre katalysiertes Phänomen des age grading interpretiert werden. Für die näher am pragmatischen Pol situierten Gebrauchsweisen (pra3 und pra4) konnte keine klare Tendenz ermittelt werden. Die Ergebnisse fordern diachronische Konzepte wie age grading und apparent time heraus, indem sie die Simplizität der zugrundeliegenden Mechanismen sowie die gängigen Methoden, diese zu identifizieren, infrage stellen. N2 - The dissertation focuses on the synchronic and diachronic variation in the use of the French causal conjunction parce que as well as on its interaction with the extralinguistic variables age and socioprofessional category. Based on previous macro-diachronic studies, which suggest that this conjunction has undergone, and is still undergoing the process of pragmaticalisation, a research corpus composed of 56 interviews was extracted from the diachronically distinct corpora ESLO1 and ESLO2 & LangAge. This research corpus was used as the basis for panel and trend studies to verify the extent of the pragmaticalisation of parce que from a micro-diachronic point of view. In addition to the diachronic point of view, a synchronic perspective was adopted to detect patterns and, thereby, to attribute the variation in the use of the conjunction to a diachronic phenomenon, such as age grading or the apparent time. Based on the theory of Construction Grammar, constructions containing parce que were annotated in a bottom-up approach and categorised into five pragmatic degrees (pra0-pra4), which were then quantified and analysed in relation to the (male) speakers’ year of birth and their soci-oprofessional categories by means of several R-models, such as ctrees, trees, lm, hclust and kmeans. The development of the frequencies of the pragmatic degrees validated the pragmaticalisation hypothesis for a micro-diachronic time frame. In addition to this, a change in the quantitative decrease of the constructions at the non- or less pragmatised (pra0, pra1) pole was detected, while more pragmatised uses (pra2–pra4) remained relatively stable over the 40 years. Alt-hough no significant change was observed for pra2, its development in middle-aged speaker categories, as well as its synchronical pattern in relation to the age (or birth date) and the socioprofessional variable still point at an underlying diachronic variation, which could be interpreted as an age-grading phenomenon catalysed by the social transformation processes in the 1960s and 1970s. For further pragmatized uses (pra3 and pra4) clear tendencies could not be observed. The results challenge diachronic concepts, such as age grading and apparent time, by questioning the simplicity of the underlying mechanisms as well as the prevalent methods recurred to in order to identify them. KW - age grading KW - apparent time KW - parce que KW - höheres Lebensalter KW - Soziolinguistik KW - Diachronie KW - Mikro-Diachronie KW - Sprachwandel KW - Pragmatikalisierung KW - sociolinguistics KW - micro-diachrony KW - diachrony KW - age variable KW - Altersvariable KW - pragmaticalisation KW - pragmaticalization KW - sociolinguistique KW - diachronie courte KW - diachronie KW - âge Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-513963 ER - TY - THES A1 - Fuhr, Antonie T1 - Eine Hypothese über die Grundlagen von Moral und einige Implikationen T1 - A hypothesis of the basics of morality and some implications N2 - In der Dissertationsarbeit mit dem Titel „Eine Hypothese über die Grundlagen von Moral und einige Implikationen“ unternimmt die Autorin den Versuch, die anthropologischen Prämissen moralischen Handelns herauszuarbeiten. Es wird eine Hypothese aufgestellt und erläutert, die behauptet, dass moralisches Handeln nur dann verständlich wird, wenn der Handelnde erstens die Fähigkeit der Phantasie aufweist, zweitens auf Erfahrungen (mittels seines Gedächtnisses) zugreifen kann und durch Konversation mit anderen Personen interagierte und interagiert, denn nur auf der Basis dieser drei Grundlagen von Moral können sich diejenigen Fähigkeiten ent¬wickeln, die als Voraussetzungen moralischen Handeln gesehen werden müssen: Selbstbewusstsein, Freiheit, die Entwicklung eines Wir-Gefühls, die Genese eines moralischen Ideals und die Fähigkeit, sich im Entscheiden und Handeln nach diesem Ideal richten zu können. Außerdem werden in dieser Dissertation einige Implikationen dieser Hypothese auf individueller und zwischenmenschlicher Ebene diskutiert. N2 - In the dissertation entitled „A hypothesis about the basics of morality and some implications“ the author seeks to identify the anthropological premises of moral agency. A hypothesis is presented asserting that moral agency only can be understood, if the agent possesses the ability of imagination, the faculty to remember and interacts and interacted via conversation with other persons, because only based on these three conditions the development of the faculties is possible, that have to be seen as the requirements of moral agency: self-consciousness, freedom, a so called „Wir-Gefühl“, the genesis of a moral ideal and the ability, to comply with this ideal in deciding and acting. Furthermore, some interpersonal and individual implications of this hypothesis are discussed in this dissertation. KW - Moralphilosophie KW - Grundlagen KW - Anthropologie KW - Freiheit KW - morality KW - anthropology KW - freedom Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-443091 ER - TY - THES A1 - Kaliga, Sarah Ninette T1 - Eine Frage der Zeit. Wie Einflüsse individueller Merkmale auf Einkommen bei Frauen über ihre familiären Verpflichtungen vermittelt werden T1 - A question of time. How the influence of individual characteristics on women’s income is conveyed through their family responsibilities BT - eine Untersuchung mit Daten der LifE-Studie BT - an analysis with data from the LifE study N2 - Die vorliegende Arbeit mit dem Titel „Eine Frage der Zeit. Wie Einflüsse individueller Merkmale auf Einkommen bei Frauen über ihre familiären Verpflichtungen vermittelt werden“ geht der Frage der Heterogenität bei weiblichen Einkommensergebnissen nach. Dabei steht die Thematik der individuellen Investitionen in die familiäre Arbeit als erklärender Faktor im Vordergrund und es wird der Frage nachgegangen, warum die einen Frauen viele und andere weniger häusliche Verpflichtungen übernehmen. Hierfür werden das individuelle Humankapital der Frauen, ihre Werteorientierungen und individuelle berufliche Motivationen aus der Jugendzeit und im Erwachsenenalter herangezogen. Die analysierten Daten (Daten der LifE-Studie) repräsentieren eine Langzeitperspektive vom 16. bis zum 45. Lebensjahr der befragten Frauen. Zusammenfassend kann im Ergebnis gezeigt werden, dass ein Effekt familiärer Verpflichtungen auf Einkommensergebnisse bei Frauen im frühen und mittleren Erwachsenenalter als Zeiteffekt über die investierte Erwerbsarbeitszeit vermittelt wird. Die Relevanz privater Routinearbeiten für Berufserfolge von Frauen und insbesondere Müttern stellt somit eine Frage der Zeit dar. Weiterhin kann für individuelle Einflüsse auf Einkommen bei Frauen gezeigt werden, dass höhere zeitliche Investitionen in den Beruf von Frauen mit hohem Bildungsniveau als indirect-only-Mediation nur über die Umverteilung häuslicher Arbeiten erklärbar werden. Frauen sind demnach zwar Gewinnerinnen der Bildungsexpansion. Die Bildungsexpansion stellt jedoch auch die Geschichte der Entstehung eines Vereinbarkeitskonflikts für eben diese Frauen dar, weil die bis heute virulenten Beharrungskräfte hinsichtlich der Frauen zugeschriebenen familiären Verpflichtungen mit ihren gestiegenen beruflichen Erwartungen und Chancen kollidieren. Die Arbeit leistet in ihren Analyseresultaten einen wichtigen Beitrag zur Erklärung heterogener Investitionen von Frauen in den Beruf und ihrer Einkommensergebnisse aus dem Privaten heraus. N2 - The present work entitled „A question of time. How the influence of individual characteristics on women’s income is conveyed through their family responsibilities“ examines the question of the heterogenity of female income results. The topic of individual investment in family work is at the forefront as an explanatory factor and the question is why some women assume many and other less domestic obligations. For this purpose, the individual human capital of women, their value orientations and individual professional motivations from adolescence and adulthood are used. The analysed data (data from the LifE-Study) represent a long-term perspective from the 16th to the 45th year of life of the women surveyed. In summary, it can be shown that an effect of family responsibilities on income outcomes for women in early and middle adulthood is conveyed as a time effect over imvested working time. The relevance of private routine work for the professional success of women and especially mothers is therefore a question of time. Furthermore, it can be shown for individual influences on women’s income, that higher investments in the occupation of women with a high educational level can only be explained by the redistribution of domestic work as an indirect-only-mediation. According to this, women are winners in the expansion of education, however, the expansion of education also represents the history of emergence of a conflict of reconciliation for precisely these women, because the family obligations ascribed to women, which are still virulent today, conflict with their increased professional expectations and opportunities. The analysis results of this work make an important contribution to explaining women’s heterogeneous investments in the profession and their income results from the private sphere. KW - Einkommen KW - income KW - Frauen KW - women KW - domestic work KW - Hausarbeit KW - family work KW - Familienarbeit KW - mediation analysis KW - Mediationsanalyse KW - occupational career KW - Berufskarriere KW - human capital KW - Humankapital KW - educational expansion KW - Bildungsexpansion KW - Arbeitsteilung KW - division of labour Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407353 ER - TY - THES A1 - Pilz, Peter T1 - Ein neues magmatisch-tektonisches Modell zur Asthenosphärendynamik im Bereich der zentralandinen Subduktionszone Südamerikas T1 - A new tectono-magmatic model of asthenospheric processes in the Central Andean subduction zone of South America N2 - Im Rahmen der Dissertation wurden an Wässern und freien Gasen aus Thermalquellen sowie an weniger als 5 Millionen Jahre alten basischen Vulkaniten des zentralandinen Puna-Hochplateaus (NE-Argentinien) umfangreiche element- und isotopengeochemische Untersuchungen durchgeführt und die Edelgasgehalte und -isotopensignaturen in diesen Medien bestimmt. Damit soll ein Beitrag zum besseren Verständnis der jüngeren Subduktionsgeschichte im Bereich der südlichen Zentralanden geleistet, die Wechselwirkungen zwischen ozeanischer Unter- und kontinentaler Oberplatte sichtbar gemacht und die Edelgassystematik verbessert werden. Wie die Ergebnisse der Untersuchungen an Gasen aus den Thermalquellen der Puna-Region zeigen, ist der Anteil an Mantel-Helium in den Thermalquellen dieser Region mit bis zu 67 % wesentlich höher als in der westlich gelegenen vulkanisch aktiven Westkordillere und den anderen angrenzenden Gebieten. In einigen Quellen konnten sogar Anteile an Mantel-Neon nachgewiesen werden, was aufgrund von Überlagerungen mit Neon atmosphärischen und krustalen Ursprungs weltweit bisher nur vereinzelt gelungen ist. Für kontinentale Bereiche mit großer Krustendicke ist ein solch starker Mantelgasfluss äußerst ungewöhnlich und bedeutet, dass Mantelschmelzen bis in die Kruste aufgedrungen sind und tief reichende Wegsamkeiten existieren, so dass die Mantelgase aufsteigen können, ohne stark krustal beeinflusst zu werden. Dass im Bereich der Puna rezent Mantelmaterial in die Kruste aufsteigt, zu diesem Ergebnis kommen auch aktuelle seismologische Untersuchungen. Zudem wurden junge, vorwiegend monogenetische Basalte bis basaltische Andesite geochemisch auf ihre Haupt-, Neben- und Spurenbestandteile sowie ihre Gehalte an Seltenenerdenelementen hin untersucht. Auch wurden die Isotopenverhältnisse von Sr, Nd und Pb in den Gesteinen bestimmt und petrographisch-mineralogische Analysen der darin enthaltenen Olivine und Pyroxene durchgeführt. Wie die Resultate belegen, haben die Magmen bei ihrem Aufstieg durch die Erdkruste insbesondere Material aus der Oberkruste assimiliert und sind zudem durch Fluide aus der abtauchenden Platte beeinflusst worden. Damit konnte gezeigt werden, dass einfache geochemische Methoden allein nicht ausreichen, um die Mantelquelle der Magmen ermitteln oder Aussagen über die Asthenosphärendynamik in der Region machen zu können. Im Gegensatz dazu zeigen die Messungen der Edelgasisotopenverhältnisse in den Fluideinschlüssen der Olivine und Pyroxene, dass deren Edelgaszusammensetzung nicht durch Krustenkontamination beeinflusst wurde, weil die Magmen erst nach der Olivin- bzw. Pyroxen-Kristallisation Schmelzen aus der Oberkruste assimiliert haben. Darüber hinaus konnten durch die Edelgasisotopenmessungen die bisher höchsten magmatischen He- und Ne-Isotopenverhältnisse von ganz Südamerika nachgewiesen werden. Aus der unterschiedlichen Höhe der Messwerte ist zu schließen, dass die im Osten der Puna vorkommenden älteren Laven aus einem nichtkonvektiven (lithosphärischen) Mantel stammen, während die am vulkanischen Bogen und Westrand der Puna gelegenen jüngeren Laven, ihren Ursprung in einer konvektiven (asthenosphärischen) Mantelquelle haben. Zudem konnte gezeigt werden, dass der Mantelgasfluss in der Region in den letzten 5 Millionen Jahren stark zunahm und sich die Eruption von mantelstämmigen basischen Laven in dieser Zeit kontinuierlich in westliche Richtung zum aktiven Vulkanbogen hin verlagerte. Im daraus abgeleiteten Modell beruht dieser Prozess (1) auf einer an die Kontinentalverschiebung gekoppelten W-Drift des Kontinents und (2) auf einem mit der Versteilung der Unterplatte verbundenen Vordringen des subkontinentalen asthenosphärischen Mantels nach W, nach dem Ende der Subduktion des unterseeischen aseismischen Juan Fernández-Rückens in der Region. Zudem gibt es starke Argumente dafür, dass die asthenosphärischen Magmen aus einer fluidreichen Zone in 500 – 600 km Tiefe parallel zur subduzierten Platte aufsteigen und nicht, wie bisher angenommen, durch Schmelzbildung in Bereichen unter 200 km Tiefe, allein durch Entwässerung der abtauchenden Platte erzeugt werden. Zu diesem Resultat führt vor allem die Kombination der He-Isotopenverhältnisse mit Ergebnissen seismologischer Untersuchungen. N2 - This study has determined the concentrations and isotopic composition of noble gases in water and gas samples from thermal springs and in samples of post Miocene basic volcanic rocks from the central Andean Puna Plateau (NW Argentina). The aim of this study is to shed light on questions related to the Neogene subduction history, the geochemical relationship between the oceanic and continental plate and on the distribution of noble gases in mantle-derived rocks of the Central Andes. The results of the geothermal water study show that the Puna plateau has higher values of mantle-derived He between 22° and 26° S compared to the neighbouring Western and Eastern Cordilleras. The highest 3He/4He ratio (5,4 Ra) was obtained close to the Tuzgle volcano, and this is rather high for back-arc gases considering they have ascended through a relatively thick 65 km crust, enriched in crustal 4He. In some cases it was also possible to detect the presence of mantle-derived Ne, which has so far only been demonstrated in a few locations around the world, because of the ubiquitous contamination by atmospheric- and crustal-Ne. Hence, this study clearly demonstrates a higher flux of noble gases from the mantle in the Puna Plateau region than in nearby regions of the Altiplano, the Salta-Rift and the Eastern and Western Cordilleras. In addition to the water study, a series of samples from post Miocene basic volcanic rocks in the Puna back-arc region were analyzed for major, minor and trace element composition as well as Sr, Nd and Pb isotopic ratios. Mineralogical analysis of olivine and pyroxenes from the lavas show that the rocks compositions have signatures that vary depending on the distance from the volcanic arc. Accordingly, magma compositions reflect processes that took place in the subduction-modified mantle wedge and the overlying continental plate. During their ascent, most of the magmas were contaminated with acid crustal melts that mask the geochemical signature of their mantle sources. This makes it difficult to accurately reconstruct the specific geotectonic setting for the magmas and their related mantle sources from the whole rock compositions. However, it is possible to put limits on the origin and amount of contamination from the Pb, Nd and Sr isotopic data. The results show that contaminants are mainly from the upper mantle. Mixing models suggest degrees of crustal assimilation on the order of 10 % and less. Given the problems of interpreting conventional geochemical studies on the origin of the back-arc magmas as just described, the combination of whole rock geochemical results with the corresponding noble gas data is potentially very important. For this purpose, olivine and pyroxene mineral separates mechanically and thermally degassed in order to measure their noble gases content and isotopic ratios. As the results show, the He isotopic signatures in the rocks are quite variable (4,5 - 8,1 Ra), depending on the age and distance to the volcanic arc. Whereas the samples nearest to the arc have MORB-type 3He/4He > 7 Ra, those farthest from the arc have 3He/4He < 7 Ra similar to the typical signature of a subcontinental lithospheric mantle (SCLM). The youngest Puna lavas have the highest primordial 3He/4He ratios and therefore the highest values for mantle-derived He yet found in the whole Andes chain. This implies that the mantle gas flux in the Puna region has increased since the Pliocene while during the same time interval, the focus of back-arc volcanic activity migrated progressively west towards the position of the present volcanic arc. This migration can be correlated with steepening of the subducted slab and advance of the asthenospheric mantle wedge to the west as a consequence of the drift of the Juan Fernández ridge towards the south. A consequence of the westward drift of the subduction zone at ca. 26 km/Ma is the ascent of asthenosphere into the mantle wedge. Geophysical studies suggest that this material ascends parallel to the slab (return flow). The He isotopic signatures from this study show that the asthenospheric ascent was not spacious but took place along certain channels or branches that may relate to deep-reaching weak lithospheric zones but not to a widespread delamination in the SCLM. The isotopic He, Ne and Xe relations of the lava samples collected in the back-arc region far from the volcanic arc indicate the presence of SCLM during back-arc volcanism in this region, which is a grave argument against a crustal delamination. Crustal contamination could not have been responsible for these values as the assimilation of crustal melts essentially took place after the olivine crystallization, as indicated by the variations in Sr- and He-isotope data and the coexistence of quartz and olivine in the samples. KW - Zentralanden KW - Asthenosphäre KW - Subduktionszone KW - Edelgasisotope KW - Vulkanismus KW - Central Andes KW - asthenosphere KW - subduction zone KW - noble gas isotopes KW - volcanism Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-20206 ER - TY - THES A1 - Brehe, Mathias T1 - Ein Nachfragesystem für dynamische Mikrosimulationsmodelle T1 - A demand system for dynamic microsimulation models N2 - Die Anwendung eines Mikrosimulationsmodells als Instrument der wirtschaftswissenschaftlichen Forschung erfreut sich großer Beliebtheit. Die Verwendung dieses Modelltyps hat vor allem zwei Gründe. Zum einen sind die in den letzten Jahren extrem gesunkenen Kosten der Informationsverarbeitung ursächlich für die mittlerweile häufige Verwendung. Zum anderen besitzt diese Analyseform Eigenschaften, die kein anderes Instrument aufweist. Insbesondere für die Abschätzung der Verteilungswirkungen von Steuer- und Transferreformen ist die Mikrosimulation eine nahezu ideale Methode. Durch die Einbindung eines Nachfragesystems kann sowohl das Anwendungsgebiet eines Mikrosimulationsmodells erweitert als auch dessen potentielle Leistungsfähigkeit gesteigert werden. Die Arbeit hat im Wesentlichen die Beantwortung der Fragestellungen aus den folgenden zwei Fragenkomplexen zum Ziel: - Wann ist die Einbindung eines Nachfragesystems in Mikrosimulationsmodelle sinnvoll und wie kann ein solches System in das eigentliche Mikrosimulationsmodell integriert werden? - Welche Nachfragesysteme können aus den in Deutschland in Querschnittsform vorhandenen Mikrodatensätzen geschätzt werden und welche theoretischen Eigenschaften besitzen diese Systeme bzw. deren in einem zweistufigen Budgetierungsprozess einsetzbare Kombinationen? N2 - The application of a microsimulation model as an instrument for economic research enjoys great popularity. The use of this type of model primarily has two reasons. In the first place the decreasing costs of data processing led to the frequent usage. Furthermore this type of analysis has unique characteristics compared to other instruments. Particularly microsimulation is an almost ideal method for the estimation of the impact of tax and allocative transfer reforms. With the integration of a demand system the field of application of a microsimulation model can be enlarged as well as its potential capacity increased. This paper has the aim to answer basically two batteries of questions: - In what case the integration of a demand system in a microsimulation model is reasonable and how can such a system be integrated in the model? - Which demand systems can be estimated from the microdata available in Germany and which characteristic properties do such systems offer, especially the combinations applicable in a two-stage budgeting environment? KW - Nachfragesysteme KW - Mikrosimulation KW - lineares Ausgabensystem KW - quadratisches Ausgabensystem KW - zweistufige Budgetierung KW - demand systems KW - microsimulation KW - linear expenditure system KW - quadratic expenditure system KW - two-stage budgeting Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13225 SN - 978-3-939469-83-4 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdamq ER - TY - THES A1 - Kugel, Rudolf T1 - Ein Beitrag zur Problematik der Integration virtueller Maschinen T1 - A contribution to the problem of integrating virtual machines N2 - Moderne Softwaresysteme sind komplexe Gebilde, welche häufig im Verbund mit anderen technischen und betriebswirtschaftlichen Systemen eingesetzt werden. Für die Hersteller solcher Systeme stellt es oft eine große Herausforderung dar, den oft weit reichenden Anforderungen bezüglich der Anpassbarkeit solcher Systeme gerecht zu werden. Zur Erfüllung dieser Anforderungen hat es sich vielfach bewährt, eine virtuelle Maschine in das betreffende System zu integrieren. Die Dissertation richtet sich insbesondere an Personen, die vor der Aufgabe der Integration virtueller Maschinen in bestehende Systeme stehen und zielt darauf ab, solche für die Entscheidung über Integrationsfragen wichtigen Zusammenhänge klar darzustellen. Typischerweise treten bei der Integration einer virtuellen Maschine in ein System eine Reihe unterschiedlicher Problemstellungen auf. Da diese Problemstellungen oft eng miteinander verzahnt sind, ist eine isolierte Betrachtung meist nicht sinnvoll. Daher werden die Problemstellungen anhand eines zentral gewählten, sehr umfangreichen Beispiels aus der industriellen Praxis eingeführt. Dieses Beispiel hat die Integration der "Java Virtual Machine" in den SAP R/3 Application Server zum Gegenstand. Im Anschluss an dieses Praxisbeispiel wird die Diskussion der Integrationsproblematik unter Bezug auf eine Auswahl weiterer, in der Literatur beschriebener Integrationsbeispiele vertieft. Das Hauptproblem bei der Behandlung der Integrationsproblematik bestand darin, dass die vorgefundenen Beschreibungen, der als Beispiel herangezogenen Systeme, nur bedingt als Basis für die Auseinandersetzung mit der Integrationsproblematik geeignet waren. Zur Schaffung einer verwertbaren Diskussionsgrundlage war es daher erforderlich, eine homogene, durchgängige Modellierung dieser Systeme vorzunehmen. Die Modellierung der Systeme erfolgte dabei unter Verwendung der "Fundamental Modeling Concepts (FMC)". Die erstellten Modelle sowie die auf Basis dieser Modelle durchgeführte Gegenüberstellung der unterschiedlichen Ansätze zur LÖsung typischer Integrationsprobleme bilden den Hauptbeitrag der Dissertation. Im Zusammenhang mit der Integration virtueller Maschinen in bestehende Systeme besteht häufig der Bedarf, zeitgleich mehrere "Programme" durch die integrierte virtuelle Maschine ausführen zu lassen. Angesichts der Konstruktionsmerkmale vieler heute verbreiteter virtueller Maschinen stellt die Realisierung eines "betriebsmittelschonenden Mehrprogrammbetriebs" eine große Herausforderung dar. Die Darstellung des Spektrums an Maßnahmen zur Realisierung eines "betriebsmittelschonenden Mehrprogrammbetriebs" bildet einen zweiten wesentlichen Beitrag der Dissertation. N2 - Modern software systems are complex entities which are frequently linked to other technical and economic systems. For the manufacturers of such systems it often represents a big challenge to fulfill the demanding requirements concerning the adaptability of such systems. One possible way to meet the demands is to integrate a virtual machine into the system concerned. This thesis is primarily intended to be used by persons who intend to integrate a virtual machine into an existing system. The primary goal is to pinpoint those dependencies which are important for decisions about integration questions. The integration of a virtual machine into an existing system is typically accompanied by many different problems. Since these problems are often closely interconnected, it often makes no sense to treat them individually. Therefore, the problems are introduced along with an adequately chosen, complex real life example. This example deals with the integration of the "Java Virtual Machine" into the "SAP R/3" application server. Following this practical example, the discussion of integration problems is deepened by presenting an assortment of additional examples taken from the literature. The main problem encountered during the treatment of the integration process was caused by inadequate and incomparable descriptions of the samples used. The existing descriptions were therefore unsuitable as a basis of discussion for the integration topic. For a useful discussion, it was necessary to prepare a uniform and sound modeling of these systems. This was done by adopting the "Fundamental Modeling Concepts (FMC)" technique. The created models as well as the comparison of the different approaches that can be used to solve typical integration problems form the main contribution of the thesis. The integration of virtual machines into existing systems is frequently accompanied by the requirement to have the integrated virtual machine process several "programs" simultaneously. In view of the design features of many common virtual machines, the realization of a virtual machine integration that allows the integrated virtual machine to be operated in "multiprogram" mode is still challenging. The most challenging task in this context is the problem of keeping the resource usage of the system at a tolerable level. A comparison of measures that can be taken to reduce the resource usage of an integrated virtual machine that can be operated in "multiprogram" mode forms a second essential contribution of the thesis. KW - Virtuelle Maschine KW - VM KW - Java Virtual Machine KW - Java 2 Enterprise Edition KW - IBM 360 KW - VM Integration KW - Application Server KW - Fundamental Modeling Concepts KW - PAVM Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7195 ER - TY - THES A1 - Linke, Gunnar Torsten T1 - Eigenschaften fluider Vesikeln bei endlichen Temperaturen T1 - Properties of fluid vesicles at finite temperatures N2 - In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften geschlossener fluider Membranen, sogenannter Vesikeln, bei endlichen Temperaturen untersucht. Dies beinhaltet Betrachtungen zur Form freier Vesikeln, eine Untersuchung des Adhäsionsverhaltens von Vesikeln an planaren Substraten sowie eine Untersuchung der Eigenschaften fluider Vesikeln in eingeschränkten Geometrien. Diese Untersuchungen fanden mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen einer triangulierten Vesikeloberfläche statt. Die statistischen Eigenschaften der fluktuierenden fluiden Vesikeln wurden zum Teil mittels Freier-Energie-Profile analysiert. In diesem Zusammenhang wurde eine neuartige Histogrammethode entwickelt.
Die Form für eine freie fluide Vesikel mit frei veränderlichem Volumen, die das Konfigurationsenergie-Funktional minimiert, ist im Falle verschwindender Temperatur eine Kugel. Mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen sowie einem analytisch behandelbaren Modellsystem konnte gezeigt werden, daß sich dieses Ergebnis nicht auf endliche Temperaturen verallgemeinern lässt und statt dessen leicht prolate und oblate Vesikelformen gegenüber der Kugelgestalt überwiegen. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit für eine prolate Form ein wenig gröoßer als für eine oblate. Diese spontane Asphärizität ist entropischen Ursprungs und tritt nicht bei zweidimensionalen Vesikeln auf. Durch osmotische Drücke in der Vesikel, die größer sind als in der umgebenden Flüssigkeit, lässt sich die Asphärizität reduzieren oder sogar kompensieren. Die Übergänge zwischen den beobachteten prolaten und oblaten Formen erfolgen im Bereich von Millisekunden in Abwesenheit osmotisch aktiver Partikel. Bei Vorhandensein derartiger Partikel ergeben sich Übergangszeiten im Bereich von Sekunden. Im Rahmen der Untersuchung des Adhäsionsverhaltens fluider Vesikeln an planaren, homogenen Substraten konnte mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen festgestellt werden, dass die Eigenschaften der Kontaktfläche der Vesikeln stark davon abhängen, welche Kräfte den Kontakt bewirken. Für eine dominierende attraktive Wechselwirkung zwischen Substrat und Vesikelmembran sowie im Falle eines Massendichteunterschieds der Flüssigkeiten innerhalb und außerhalb der Vesikel, der die Vesikel auf das Substrat sinken lässt, fndet man innerhalb der Kontakt � ache eine ortsunabh� angige Verteilung des Abstands zwischen Vesikelmembran und Substrat. Drückt die Vesikel ohne Berücksichtigung osmotischer Effekte auf Grund einer Differenz der Massendichten der Membran und der umgebenden Flüssigkeit gegen das Substrat, so erhält man eine Abstandsverteilung zwischen Vesikelmembran und Substrat, die mit dem Abstand vom Rand der Kontaktfläche variiert. Dieser Effekt ist zudem temperaturabhängig. Ferner wurde die Adhäsion fluider Vesikeln an chemisch strukturierten planaren Substraten untersucht. Durch das Wechselspiel von entropischen Effekten und Konfigurationsenergien entsteht eine komplexe Abhängigkeit der Vesikelform von Biegesteifigkeit, osmotischen Bedingungen und der Geometrie der attraktiven Domänen. Für die Bestimmung der Biegesteifigkeit der Vesikelmembranen liefern die existierenden Verfahren stark voneinander abweichende Ergebnisse. In der vorliegenden Arbeit konnte mittels Monte-Carlo-Simulationen zur Bestimmung der Biegesteifigkeit anhand des Mikropipettenverfahrens von Evans gezeigt werden, dass dieses Verfahren die a priori für die Simulation vorgegebene Biegesteifigkeit im wesentlichen reproduzieren kann. Im Hinblick auf medizinisch-pharmazeutische Anwendungen ist der Durchgang fluider Vesikeln durch enge Poren relevant. In Monte-Carlo-Simulationen konnte gezeigt werden, dass ein spontaner Transport der Vesikel durch ein Konzentrationsgefälle osmotisch aktiver Substanzen, das den physiologischen Bedingungen entspricht, induziert werden kann. Es konnten die hierfür notwendigen osmotischen Bedingungen sowie die charakteristischen Zeitskalen abgeschätzt werden. Im realen Experiment sind Eindringzeiten in eine enge Pore im Bereich weniger Minuten zu erwarten. Ferner konnte beobachtet werden, dass bei Vesikeln mit einer homogenen, positiven spontanen Krümmung Deformationen hin zu prolaten Formen leichter erfolgen als bei Vesikeln ohne spontane Krümmung. Mit diesem Effekt ist eine Verringerung der Energiebarriere für das Eindringen in eine Pore verbunden, deren Radius nur wenig kleiner als der Vesikelradius ist. N2 - In this thesis, the properties of closed fluid membranes or vesicles are studied at finite temperatures. The work contains investigations of the shape of free vesicles, studies of the adhesion behavior of vesicles to planar substrates, and investigations of the properties of fluid vesicles in confined geometries. The investigations have been performed with Monte Carlo simulations of triangulated vesicles. The statistical properties of fluctuating vesicles have been analyzed in detail by means of free energy profiles. In this context, a new histogram method was developed. The shape of minimum configurational energy for a free vesicle without volume constraint at zero temperature is a sphere. It is shown by means of Monte Carlo simulations and a model which can be analyzed analytically, that this result does not apply to finite temperatures. Instead, prolate and oblate shapes prevail and the probability for a prolate shape is slightly larger than that for an oblate shape. This spontaneous asphericity is of entropic origin and cannot be observed in two dimensions. Osmotic pressures inside the vesicle that are larger than in the surrounding liquid may reduce or even compensate the asphericity. The transitions between the observed prolate and oblate states occur on the time scale of milliseconds in the absence of osmotically active particles and on the time scale of seconds in the presence of osmotically active particles. As far as the adhesion behavior of fluid vesicles to planar homogeneous substrates is concerned, Monte Carlo simulations reveal a strong dependence of the properties of the contact area on its driving force. In the case of a dominating attractive interaction between vesicle membran and substrate as well as for a mass density difference of the liquids inside and outside the vesicle, which push the vesicle against the substrate, the distribution of the distance between the vesicle membrane and the substrate is homogenous. If the vesicle is pushed against the substrate by a difference of the mass densities of the membrane and the surrounding liquid, neglecting all osmotic effects, one gets a distance distribution between the vesicle membrane and the substrate which varies with the distance from the rim of the contact area. Moreover, this effect is temperature-dependent. Furthermore, the adhesion of fluid vesicles to chemically structured planar substrates has been studied. The interplay between entropic effects and configurational energies causes a complex dependence of the vesicle shape on the bending rigidity, osmotic conditions, and the geometry of the attractive domains. There are several experimental methods for measuring the bending rigidity of vesicle membranes which lead to rather different results for the numerical value. Monte Carlo simulations of Evans' micropipette method show that the difference between the measured bending rigidity and the a priori chosen bending rigidity is small. The passage of fluid vesicles through narrow pores has some relevance to medical/pharmaceutical applications. In Monte Carlo simulations it is shown that a spontaneous transport of vesicles can be induced by a concentration gradient of osmotically active particles which corresponds to the physiological conditions. The necessary osmotic conditions and the charateristic time scales are calculated. For real experiments, penetration into the pore should occur within a few minutes. Moreover, it was observed that vesicles with a homogeneous positive spontaneous curvature can be deformed more easily into prolate shapes than vesicles with zero spontaneous curvature. This effect leads to a decrease of the energy barrier for the penetration into a wide pore, which has a radius slightly smaller than that of the vesicle. KW - Membran KW - Simulation KW - Vesikeln KW - Fluktuationen KW - Monte-Carlo-Simulationen KW - vesicles KW - fluctuations KW - Monte Carlo simulations Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5835 ER - TY - THES A1 - Washüttl, Albert T1 - EI Eridani and the art of doppler imaging : a long-term study N2 - Das Verständnis magnetisch verursachter Aktivität auf Sternen sowie der zugrundeliegenden Dynamoprozesse ist von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis von Entstehung und Entwicklung von Sternen sowie des Lebens im Universum. Sichtbare Erscheinungen dieser stellaren Aktivität sind u.a. Sternflecken, welche als Indikatoren des zugrundeliegenden Magnetfeldes dienen. Solche Flecken können auf anderen Sternen als der Sonne nicht direkt beobachtet werden, zumal mit den heutigen technischen Mitteln eine Auflösung der Oberfläche selbst der benachbarten Sterne unmöglich ist. Eine indirekte Rekonstruktionsmethode namens 'Doppler Imaging' erlaubt es jedoch, auf die Temperaturverteilung auf der Sternoberfläche zu schließen. Für diese Arbeit wurden elf Jahre kontinuierlicher spektroskopischer Beobachtungen des aktiven Doppelsterns EI Eridani herangezogen, um insgesamt 34 Dopplerkarten zu erstellen. In der Folge wird versucht, eine Grundlage zu schaffen für die Analyse des zweidimensionalen Informationsgehalts dieser Karten. Drei Oberflächenkartenparameter werden vorgeschlagen: gemittelte Temperatur, getrennt für verschiedenen stellare Breitenbänder; relative Fleckenhäufigkeit; und, zum Zwecke der Auswertung der strukturellen Temperaturverteilung, Längen- und Breiten-Ortsfunktion der Sternfleckenhäufung. Die resultierenden Werte zeigen deutlich, daß kein zeitlicher Zusammenhang mit dem photometrischen Aktivitätszyklus besteht. Die Morphologie der Fleckenverteilung bleibt während des kompletten Beobachtungszeitraums im wesentlichen konstant. Im Gegensatz zur Sonne gibt es also, im beobachteten Zeitraum und innerhalb der bestehenden Genauigkeit, keinen Fleckenzyklus auf dem aktiven Stern EI Eri. Darüberhinaus wurde eine ausführliche Studie der stellaren Parameter von EI Eri und eine vorläufige Abschätzung der differentiellen Rotation auf EI Eri durchgeführt, die eine anti-solare Ausrichtung aufzuweisen scheint, d.h. der Pol rotiert schneller als der Äquator. N2 - Understanding stars, their magnetic activity phenomena and the underlying dynamo action is the foundation for understanding 'life, the universe and everything' - as stellar magnetic fields play a fundamental role for star and planet formation and for the terrestrial atmosphere and climate. Starspots are the fingerprints of magnetic field lines and thereby the most important sign of activity in a star's photosphere. However, they cannot be observed directly, as it is not (yet) possible to spacially resolve the surfaces of even the nearest neighbouring stars. Therefore, an indirect approach called 'Doppler imaging' is applied, which allows to reconstruct the surface spot distribution on rapidly rotating, active stars. In this work, data from 11 years of continuous spectroscopic observations of the active binary star EI Eridani are reduced and analysed. 34 Doppler maps are obtained and the problem of how to parameterise the information content of Doppler maps is discussed. Three approaches for parameter extraction are introduced and applied to all maps: average temperature, separated for several latitude bands; fractional spottedness; and, for the analysis of structural temperature distribution, longitudinal and latitudinal spot-occurrence functions. The resulting values do not show a distinct correlation with the proposed activity cycle as seen from photometric long-term observations, thereby suggesting that the photometric activity cycle is not accompanied by a spot cycle as seen on the Sun. The general morphology of the spot pattern on EI Eri remains persistent for the whole period of 11 years. In addition, a detailed parameter study is performed. Improved orbital parameters suggest that EI Eri might be complemented by a third star in a wide orbit of about 19 years. Preliminary differential rotation measurements are carried out, indicating an anti-solar orientation. T2 - EI Eridani and the art of doppler imaging : a long-term study KW - Sterne KW - Aktivität KW - Sternflecken KW - Zyklus KW - stars KW - activity KW - spots KW - cycle KW - binaries KW - late-type Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001714 ER - TY - THES A1 - Benson, Lawrence T1 - Efficient state management with persistent memory N2 - Efficiently managing large state is a key challenge for data management systems. Traditionally, state is split into fast but volatile state in memory for processing and persistent but slow state on secondary storage for durability. Persistent memory (PMem), as a new technology in the storage hierarchy, blurs the lines between these states by offering both byte-addressability and low latency like DRAM as well persistence like secondary storage. These characteristics have the potential to cause a major performance shift in database systems. Driven by the potential impact that PMem has on data management systems, in this thesis we explore their use of PMem. We first evaluate the performance of real PMem hardware in the form of Intel Optane in a wide range of setups. To this end, we propose PerMA-Bench, a configurable benchmark framework that allows users to evaluate the performance of customizable database-related PMem access. Based on experimental results obtained with PerMA-Bench, we discuss findings and identify general and implementation-specific aspects that influence PMem performance and should be considered in future work to improve PMem-aware designs. We then propose Viper, a hybrid PMem-DRAM key-value store. Based on PMem-aware access patterns, we show how to leverage PMem and DRAM efficiently to design a key database component. Our evaluation shows that Viper outperforms existing key-value stores by 4–18x for inserts while offering full data persistence and achieving similar or better lookup performance. Next, we show which changes must be made to integrate PMem components into larger systems. By the example of stream processing engines, we highlight limitations of current designs and propose a prototype engine that overcomes these limitations. This allows our prototype to fully leverage PMem's performance for its internal state management. Finally, in light of Optane's discontinuation, we discuss how insights from PMem research can be transferred to future multi-tier memory setups by the example of Compute Express Link (CXL). Overall, we show that PMem offers high performance for state management, bridging the gap between fast but volatile DRAM and persistent but slow secondary storage. Although Optane was discontinued, new memory technologies are continuously emerging in various forms and we outline how novel designs for them can build on insights from existing PMem research. N2 - Die effiziente Verwaltung großer Zustände ist eine zentrale Herausforderung für Datenverwaltungssysteme. Traditionell wird der Zustand in einen schnellen, aber flüchtigen Zustand im Speicher für die Verarbeitung und einen persistenten, aber langsamen Zustand im Sekundärspeicher für die Speicherung unterteilt. Persistenter Speicher (PMem), eine neue Technologie in der Speicherhierarchie, lässt die Grenzen zwischen diesen Zuständen verschwimmen, indem er sowohl Byte-Adressierbarkeit und geringe Latenz wie DRAM als auch Persistenz wie Sekundärspeicher bietet. Diese Eigenschaften haben das Potenzial, die Leistung von Datenbanksystemen grundlegend zu verändern. Aufgrund der potenziellen Auswirkungen, die PMem auf Datenverwaltungssysteme hat, untersuchen wir in dieser Arbeit ihre Verwendung von PMem. Zunächst evaluieren wir die Leistung von echter PMem-Hardware in Form von Intel Optane in einer Vielzahl von Konfigurationen. Zu diesem Zweck stellen wir PerMA-Bench vor, ein konfigurierbares Benchmark-Framework, mit dem Benutzer die Leistung von anpassbaren datenbankbezogenen PMem-Zugriffen untersuchen können. Auf der Grundlage der mit PerMA-Bench erzielten experimentellen Ergebnisse diskutieren wir unsere Erkenntnisse und identifizieren allgemeine und implementierungsspezifische Aspekte, die die PMem-Leistung beeinflussen und in zukünftigen Arbeiten berücksichtigt werden sollten, um PMem-fähige Designs zu verbessern. Anschließend präsentieren wir Viper, einen hybriden PMem-DRAM Key-Value-Store. Basierend auf PMem-bewussten Zugriffsmustern zeigen wir, wie PMem und DRAM effizient genutzt werden können, um eine wichtige Datenbankkomponente zu entwickeln. Unsere Evaluierung zeigt, dass Viper bestehende Key-Value-Stores bei Einfügungen um 4- bis 18-mal übertrifft, während er gleichzeitig vollständige Datenpersistenz bietet und ähnliche oder bessere Lookup-Leistung erzielt. Als nächstes zeigen wir, welche Änderungen vorgenommen werden müssen, um PMem-Komponenten in größere Systeme zu integrieren. Am Beispiel von Datenstromverarbeitungssystemen zeigen wir die Einschränkungen aktueller Designs auf und stellen einen Prototyp eines Systems vor, das diese Einschränkungen überwindet. Dadurch kann unser Prototyp die Leistung von PMem für die interne Zustandsverwaltung voll ausnutzen. Schließlich erörtern wir angesichts der Abkündigung von Optane, wie Erkenntnisse aus der PMem-Forschung am Beispiel von Compute Express Link (CXL) auf künftige mehrstufige Speicher-Setups übertragen werden können. Insgesamt zeigen wir, dass PMem eine hohe Leistungsfähigkeit für die Zustandsverwaltung bietet und die Lücke zwischen schnellem, aber flüchtigem DRAM und beständigem, aber langsamem Sekundärspeicher schließt. Obwohl Optane eingestellt wurde, entstehen ständig neue Speichertechnologien in verschiedenen Formen, und wir skizzieren, wie neuartige Entwürfe für sie auf den Erkenntnissen aus der bestehenden PMem-Forschung aufbauen können. KW - persistent memory KW - pmem KW - database KW - data management KW - state management KW - Datenverwaltung KW - Datenbank KW - persistenter Speicher KW - pmem KW - Zustandsverwaltung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-625637 ER - TY - THES A1 - Draisbach, Uwe T1 - Efficient duplicate detection and the impact of transitivity T1 - Effiziente Dublettenerkennung und der Einfluss von Transitivität N2 - Duplicate detection describes the process of finding multiple representations of the same real-world entity in the absence of a unique identifier, and has many application areas, such as customer relationship management, genealogy and social sciences, or online shopping. Due to the increasing amount of data in recent years, the problem has become even more challenging on the one hand, but has led to a renaissance in duplicate detection research on the other hand. This thesis examines the effects and opportunities of transitive relationships on the duplicate detection process. Transitivity implies that if record pairs ⟨ri,rj⟩ and ⟨rj,rk⟩ are classified as duplicates, then also record pair ⟨ri,rk⟩ has to be a duplicate. However, this reasoning might contradict with the pairwise classification, which is usually based on the similarity of objects. An essential property of similarity, in contrast to equivalence, is that similarity is not necessarily transitive. First, we experimentally evaluate the effect of an increasing data volume on the threshold selection to classify whether a record pair is a duplicate or non-duplicate. Our experiments show that independently of the pair selection algorithm and the used similarity measure, selecting a suitable threshold becomes more difficult with an increasing number of records due to an increased probability of adding a false duplicate to an existing cluster. Thus, the best threshold changes with the dataset size, and a good threshold for a small (possibly sampled) dataset is not necessarily a good threshold for a larger (possibly complete) dataset. As data grows over time, earlier selected thresholds are no longer a suitable choice, and the problem becomes worse for datasets with larger clusters. Second, we present with the Duplicate Count Strategy (DCS) and its enhancement DCS++ two alternatives to the standard Sorted Neighborhood Method (SNM) for the selection of candidate record pairs. DCS adapts SNMs window size based on the number of detected duplicates and DCS++ uses transitive dependencies to save complex comparisons for finding duplicates in larger clusters. We prove that with a proper (domain- and data-independent!) threshold, DCS++ is more efficient than SNM without loss of effectiveness. Third, we tackle the problem of contradicting pairwise classifications. Usually, the transitive closure is used for pairwise classifications to obtain a transitively closed result set. However, the transitive closure disregards negative classifications. We present three new and several existing clustering algorithms and experimentally evaluate them on various datasets and under various algorithm configurations. The results show that the commonly used transitive closure is inferior to most other clustering algorithms, especially for the precision of results. In scenarios with larger clusters, our proposed EMCC algorithm is, together with Markov Clustering, the best performing clustering approach for duplicate detection, although its runtime is longer than Markov Clustering due to the subexponential time complexity. EMCC especially outperforms Markov Clustering regarding the precision of the results and additionally has the advantage that it can also be used in scenarios where edge weights are not available. N2 - Dubletten sind mehrere Repräsentationen derselben Entität in einem Datenbestand. Diese zu identifizieren ist das Ziel der Dublettenerkennung, wobei in der Regel Paare von Datensätzen anhand von Ähnlichkeitsmaßen miteinander verglichen und unter Verwendung eines Schwellwerts als Dublette oder Nicht-Dublette klassifiziert werden. Für Dublettenerkennung existieren verschiedene Anwendungsbereiche, beispielsweise im Kundenbeziehungsmanagement, beim Onlineshopping, der Genealogie und in den Sozialwissenschaften. Der in den letzten Jahren zu beobachtende Anstieg des gespeicherten Datenvolumens erschwert die Dublettenerkennung, da die Anzahl der benötigten Vergleiche quadratisch mit der Anzahl der Datensätze wächst. Durch Verwendung eines geeigneten Paarauswahl-Algorithmus kann die Anzahl der zu vergleichenden Paare jedoch reduziert und somit die Effizienz gesteigert werden. Die Dissertation untersucht die Auswirkungen und Möglichkeiten transitiver Beziehungen auf den Dublettenerkennungsprozess. Durch Transitivität lässt sich beispielsweise ableiten, dass aufgrund einer Klassifikation der Datensatzpaare ⟨ri,rj⟩ und ⟨rj,rk⟩ als Dublette auch die Datensätze ⟨ri,rk⟩ eine Dublette sind. Dies kann jedoch im Widerspruch zu einer paarweisen Klassifizierung stehen, denn im Unterschied zur Äquivalenz ist die Ähnlichkeit von Objekten nicht notwendigerweise transitiv. Im ersten Teil der Dissertation wird die Auswirkung einer steigenden Datenmenge auf die Wahl des Schwellwerts zur Klassifikation von Datensatzpaaren als Dublette oder Nicht-Dublette untersucht. Die Experimente zeigen, dass unabhängig von dem gewählten Paarauswahl-Algorithmus und des gewählten Ähnlichkeitsmaßes die Wahl eines geeigneten Schwellwerts mit steigender Datensatzanzahl schwieriger wird, da die Gefahr fehlerhafter Cluster-Zuordnungen steigt. Der optimale Schwellwert eines Datensatzes variiert mit dessen Größe. So ist ein guter Schwellwert für einen kleinen Datensatz (oder eine Stichprobe) nicht notwendigerweise ein guter Schwellwert für einen größeren (ggf. vollständigen) Datensatz. Steigt die Datensatzgröße im Lauf der Zeit an, so muss ein einmal gewählter Schwellwert ggf. nachjustiert werden. Aufgrund der Transitivität ist dies insbesondere bei Datensätzen mit größeren Clustern relevant. Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit Algorithmen zur Auswahl geeigneter Datensatz-Paare für die Klassifikation. Basierend auf der Sorted Neighborhood Method (SNM) werden mit der Duplicate Count Strategy (DCS) und ihrer Erweiterung DCS++ zwei neue Algorithmen vorgestellt. DCS adaptiert die Fenstergröße in Abhängigkeit der Anzahl gefundener Dubletten und DCS++ verwendet zudem die transitive Abhängigkeit, um kostspielige Vergleiche einzusparen und trotzdem größere Cluster von Dubletten zu identifizieren. Weiterhin wird bewiesen, dass mit einem geeigneten Schwellwert DCS++ ohne Einbußen bei der Effektivität effizienter als die Sorted Neighborhood Method ist. Der dritte und letzte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem widersprüchlicher paarweiser Klassifikationen. In vielen Anwendungsfällen wird die Transitive Hülle zur Erzeugung konsistenter Cluster verwendet, wobei hierbei paarweise Klassifikationen als Nicht-Dublette missachtet werden. Es werden drei neue und mehrere existierende Cluster-Algorithmen vorgestellt und experimentell mit verschiedenen Datensätzen und Konfigurationen evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Transitive Hülle den meisten anderen Clustering-Algorithmen insbesondere bei der Precision, definiert als Anteil echter Dubletten an der Gesamtzahl klassifizierter Dubletten, unterlegen ist. In Anwendungsfällen mit größeren Clustern ist der vorgeschlagene EMCC-Algorithmus trotz seiner subexponentiellen Laufzeit zusammen mit dem Markov-Clustering der beste Clustering-Ansatz für die Dublettenerkennung. EMCC übertrifft Markov Clustering insbesondere hinsichtlich der Precision der Ergebnisse und hat zusätzlich den Vorteil, dass dieser auch ohne Ähnlichkeitswerte eingesetzt werden kann. KW - Datenqualität KW - Datenintegration KW - Dubletten KW - Duplikaterkennung KW - data quality KW - data integration KW - duplicate detection KW - deduplication KW - entity resolution Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-572140 ER - TY - THES A1 - Pape, Tobias T1 - Efficient compound values in virtual machines N2 - Compound values are not universally supported in virtual machine (VM)-based programming systems and languages. However, providing data structures with value characteristics can be beneficial. On one hand, programming systems and languages can adequately represent physical quantities with compound values and avoid inconsistencies, for example, in representation of large numbers. On the other hand, just-in-time (JIT) compilers, which are often found in VMs, can rely on the fact that compound values are immutable, which is an important property in optimizing programs. Considering this, compound values have an optimization potential that can be put to use by implementing them in VMs in a way that is efficient in memory usage and execution time. Yet, optimized compound values in VMs face certain challenges: to maintain consistency, it should not be observable by the program whether compound values are represented in an optimized way by a VM; an optimization should take into account, that the usage of compound values can exhibit certain patterns at run-time; and that necessary value-incompatible properties due to implementation restrictions should be reduced. We propose a technique to detect and compress common patterns of compound value usage at run-time to improve memory usage and execution speed. Our approach identifies patterns of frequent compound value references and introduces abbreviated forms for them. Thus, it is possible to store multiple inter-referenced compound values in an inlined memory representation, reducing the overhead of metadata and object references. We extend our approach by a notion of limited mutability, using cells that act as barriers for our approach and provide a location for shared, mutable access with the possibility of type specialization. We devise an extension to our approach that allows us to express automatic unboxing of boxed primitive data types in terms of our initial technique. We show that our approach is versatile enough to express another optimization technique that relies on values, such as Booleans, that are unique throughout a programming system. Furthermore, we demonstrate how to re-use learned usage patterns and optimizations across program runs, thus reducing the performance impact of pattern recognition. We show in a best-case prototype that the implementation of our approach is feasible and can also be applied to general purpose programming systems, namely implementations of the Racket language and Squeak/Smalltalk. In several micro-benchmarks, we found that our approach can effectively reduce memory consumption and improve execution speed. N2 - Zusammengesetzte Werte werden in VM-basierten Programmiersystemen und -sprachen nicht durchgängig unterstützt. Die Bereitstellung von Datenstrukturen mit Wertemerkmalen kann jedoch von Vorteil sein. Einerseits können Programmiersysteme und Sprachen physikalische Größen mit zusammengesetzten Werten, wie beispielsweise bei der Darstellung großer Zahlen, adäquat darstellen und Inkonsistenzen vermeiden. Andererseits können sich Just-in-time-Compiler, die oft in VMs zu finden sind, darauf verlassen, dass zusammengesetzte Werte unveränderlich sind, was eine wichtige Eigenschaft bei der Programmoptimierung ist. In Anbetracht dessen haben zusammengesetzte Werte ein Optimierungspotenzial, das genutzt werden kann, indem sie in VMs so implementiert werden, dass sie effizient in Speichernutzung und Ausführungszeit sind. Darüber hinaus stehen optimierte zusammengesetzte Werte in VMs vor bestimmten Herausforderungen: Um die Konsistenz zu erhalten, sollte das Programm nicht beobachten können, ob zusammengesetzte Werte durch eine VM in einer optimierten Weise dargestellt werden; eine Optimierung sollte berücksichtigen, dass die Verwendung von zusammengesetzten Werten bestimmte Muster zur Laufzeit aufweisen kann; und dass wertinkompatible Eigenschaften vermindert werden sollten, die nur aufgrund von Implementierungsbeschränkungen notwendig sind. Wir schlagen eine Verfahrensweise vor, um gängige Muster der Verwendung von zusammengesetzten Werten zur Laufzeit zu erkennen und zu komprimieren, um die Speichernutzung und Ausführungsgeschwindigkeit zu verbessern. Unser Ansatz identifiziert Muster häufiger zusammengesetzter Wertreferenzen und führt für sie abgekürzte Formen ein. Dies ermöglicht es, mehrere miteinander verknüpfte zusammengesetzte Werte in einer eingebetteten Art und Weise im Speicher darzustellen, wodurch der Verwaltungsaufwand, der sich aus Metadaten und Objektreferenzen ergibt, reduziert wird. Wir erweitern unseren Ansatz um ein Konzept der eingeschränkten Veränderbarkeit, indem wir Zellen verwenden, die als Barrieren für unseren Ansatz dienen und einen Platz für einen gemeinsamen, schreibenden Zugriff mit der Möglichkeit der Typspezialisierung bieten. Wir entwickeln eine Erweiterung unseres Ansatzes, die es uns ermöglicht, mithilfe unserer ursprünglichen Technik das automatische Entpacken von primitiven geboxten Datentypen auszudrücken. Wir zeigen, dass unser Ansatz vielseitig genug ist, um auch eine andere Optimierungstechnik auszudrücken, die sich auf einzigartige Werte in einem Programmiersystem, wie beispielsweise Booleans, stützt. Darüber hinaus zeigen wir, wie erlernte Nutzungsmuster und Optimierungen über Programmausführungen hinweg wiederverwendet werden können, wodurch die Auswirkungen der Mustererkennung auf die Leistung reduziert werden. Wir zeigen in einem Best-Case-Prototyp, dass unser Ansatzes umsetzbar ist und auch auf allgemeinere Programmiersysteme wie Racket und Squeak/Smalltalk angewendet werden kann. In mehreren Mikro-Benchmarks haben wir festgestellt, dass unser Ansatz den Speicherverbrauch effektiv reduzieren und die Ausführungsgeschwindigkeit verbessern kann. KW - Compound Values KW - Objects KW - Data Structure Optimization KW - Virtual Machines KW - Smalltalk KW - Verbundwerte KW - Objekte KW - Datenstrukturoptimierung KW - Virtuelle Maschinen KW - Smalltalk Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-499134 ER - TY - THES A1 - Punz, Elisabeth T1 - Effektivität frühzeitiger Interventionen zur Prävention von Lese- und Rechtschreibschwierigkeiten T1 - Effectivity of early interventions to prevent reading or writing disabilities BT - eine empirisch-quantitative Studie BT - an empiric quantitative study N2 - Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit der Förderung der Lese- und Schreibkompetenz in der Anfangsphase des Schriftspracherwerbs. Ziel der Untersuchung ist die Erprobung und Evaluierung frühzeitiger, diagnosegeleiteter Interventionen zur Prävention von Lese- und Rechtschreibschwierigkeiten. Im Unterschied zu vielen Studien in diesem Bereich werden alle Maßnahmen unter realen schulischen Bedingungen im Rahmen des Erstlese- und Schreibunterrichts durch die Klassenlehrer selbst durchgeführt, wobei diese von der Autorin unterstützt und begleitet werden. Förder- und Prozessdiagnose sowie Elemente diagnosegeleiteter Förderung werden aus Theorien und Forschungslage abgeleitet und zu einem Interventionsset verbunden. Die Effektivität der evidenzbasierten Maßnahmen wird durch Parallelgruppenvergleiche überprüft. An der empirischen Untersuchung nahmen insgesamt 25 Schulklassen mit 560 Erstklässlern teil, geteilt in Versuchs- und Kontrollgruppe. Mit der Eingangsdiagnose am Schulbeginn wurden Voraussetzungen für den Schriftspracherwerb erhoben und mit der Evaluierungsdiagnose am Ende der ersten Schulstufe entwicklungsadäquate schriftsprachliche Kompetenzen auf der Wortebene überprüft. Zusätzlich erfasst wurden internale und externale Einflussfaktoren, deren Wirkung in der statistischen Auswertung berücksichtigt wurde. Alle Datenerhebungen wurden in Versuchs- und Kontrollgruppe durchgeführt, während die evidenzbasierten Treatments nur in der Versuchsgruppe stattfanden. Die Auswertung bestätigt mit signifikanten Ergebnissen den engen Zusammenhang zwischen der Phonologischen Bewusstheit zu Beginn des Schriftspracherwerbs und der Lese- und Rechtschreibfähigkeit am Ende der ersten Schulstufe sowie zwischen Familiärer Literalität und Lesefertigkeit. Schriftsprachliche Vorkenntnisse weisen eine Tendenz zur Signifikanz hinsichtlich ihrer positiven Wirkung auf die Basale Lesefertigkeit auf. Eine höchst signifikante positive Wirkung auf die Basale Lesefertigkeit zeigt die Druckschrift als Ausgangsschrift. Die Ergebnisse deuten auf eine Überlegenheit vorschulischer präliteraler Fertigkeiten hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Lese- und Rechtschreibfertigkeit am Ende der ersten Schulstufe gegenüber Fördermaßnahmen unter realen schulischen Bedingungen hin. Die positive Wirkung einer unverbundenen Ausgangsschrift auf den Leseerwerb betont die Wichtigkeit der Wahl der Ausgangsschrift. Im frühen Schriftspracherwerb sollte die Druckschrift für das Lesen und Schreiben verwendet werden. N2 - The present study deals with the development of reading and writing competences in the initial phase of the acquisition of writing. The aim of this study is to test and evaluate early diagnostic interventions to prevent reading or writing disabilities. Contrary to many studies in this field, all interventions were carried out in real edu-cational settings during initial reading and writing instruction by the class teachers, supervised and supported by the author. Diagnosis focussing on support and pro-cess as well as elements of diagnostic aid are based on theory and research and compiled in a set of measures for intervention. The efficacy of evidence-based measures was tested in parallel groups. A total of 25 schools and 560 year-one learners took part in the empirical study in experimental and control groups. The initial diagnosis at the beginning of the school year provided information about the preconditions for the acquisition of written language and the diagnostic evaluation at the end of the first school year tested the age appropriate written competences at word level. Additionally, influential internal and external factors and their effects were taken into consideration in the statistical analyses. Data collection was carried out equivalently in the experimental and control group; evidence-based interventions were only carried out in the experimental group. The analysis of data supports a significant connection between phonological awareness at the beginning of the acquisition of written language and the ability to read and to write at the end of the first year of schooling as well as with the family’s literacy. Knowledge and skill in written language prior to schooling tend to have a significantly positive effect on basal reading ability. A positive effect of the use of printscript in initial writing was found to be highly significant. The results suggest a superiority of pre-educational literacy on reading and writing competences over support measures in real educational settings. The positive effects of block letters on the acquisition of reading skills emphasises the importance of the right selection of the initial script. In early literacy education, printscript should thus be used in reading and writing. KW - Lese- und Rechtschreibschwierigkeiten KW - LRS KW - Früherkennung LRS KW - Prävention LRS KW - Schriftspracherwerb KW - Lese- und Schreibkompetenz KW - Erstlese- und Schreibunterricht KW - didaktische Entwicklungsforschung KW - Interventionsstudie KW - reading or writing dissabilities KW - early diagnostic interventions in reading and writing dissabillities KW - prevention of reading or writing dissabilities KW - acquisition of written language KW - reading and writing competences KW - initial reading and writing instruction KW - research of educational development KW - intervention study Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96815 ER -