TY  - THES
A1  - Schmoll, Jürgen
T1  - 3D-Spektrofotometrie extragalaktischer Emissionslinienobjekte
N2  - Populärwissenschaftlicher Abstract:   Bislang gibt es in der beobachtenden optischen Astronomie zwei verschiedene Herangehensweisen: Einerseits werden Objekte durch Kameras abbildend erfaßt, andererseits werden durch die wellenlängenabhängige Zerlegung ihres Lichtes Spektren gewonnen. Das Integral - Field - Verfahren ist eine relativ neue Technik, welche die genannten Beobachtungsmethoden vereint. Das Objektbild im Teleskopfokus wird in räumlich zerlegt und jedes Ortselement einem gemeinsamen Spektrografen zugeführt. Hierdurch wird das Objekt nicht nur zweidimensional räumlich erfaßt, sondern zusätzlich die spektrale Kompenente als dritte Dimension erhalten, weswegen das Verfahren auch als 3D-Methode bezeichnet wird. Anschaulich kann man sich das Datenresultat als eine Abbildung vorstellen, in der jeder einzelne Bildpunkt nicht mehr nur einen Intensitätswert enthält, sondern gleich ein ganzes Spektrum. Diese Technik ermöglicht es, ausgedehnte Objekte im Unterschied zu gängigen Spaltspektrografen komplett zu erfassen. Die besondere Stärke der Methode ist die Möglichkeit, die Hintergrundkontamination der unmittelbaren Umgebung des Objektes zu erfassen und in der Auswertung zu berücksichtigen. Durch diese Fähigkeit erscheint die 3D-Methode prädestiniert für den durch moderne Großteleskope erschlossenen Bereich der extragalaktischen Stellarastronomie. Die detaillierte Untersuchung aufgelöster stellare Populationen in nahegelegenen Galaxien ist erst seit kurzer Zeit dank der Fortschritte mit modernen Grossteleskopen und fortschrittlicher Instrumentierung möglich geworden. Wegen der Bedeutung für die Entstehung und Evolution von Galaxien werden diese Arbeiten zukünftig weiter an Bedeutung gewinnen.  In der vorliegenden Arbeit wurde die Integral-Field-Spektroskopie an zwei planetarischen Nebeln in der nächstgelegenen großen Spiralgalaxie M31 (NGC 224) getestet, deren Helligkeiten und Koordinaten aus einer Durchmusterung vorlagen. Hierzu wurden Beobachtungen mit dem MPFS-Instrument am russischen 6m - Teleskop in Selentschuk/Kaukasus sowie mit INTEGRAL/WYFFOS am englischen William-Herschel-Teleskop auf La Palma gewonnen. Ein überraschendes Ergebnis war, daß eins der beiden Objekte falsch klassifiziert wurde. Sowohl die meßbare räumliche Ausdehnung des Objektes als auch das spektrale Erscheinungsbild schlossen die Identität mit einem planetarischen Nebel aus. Mit hoher Wahrscheinlichkeit handelt es sich um einen Supernovaüberrest, zumal im Rahmen der Fehler an gleicher Stelle eine vom Röntgensatelliten ROSAT detektierte Röntgenquelle liegt.  Die in diesem Projekt verwendeten Integral-Field-Instrumente wiesen zwei verschiedene Bauweisen auf, die sich miteinander vergleichen ließen. Ein Hauptkritikpunkt der verwendeten Instrumente war ihre geringe Lichtausbeute. Die gesammelten Erfahrung fanden Eingang in das Konzept des derzeit in Potsdam in der Fertigung befindlichen 3D-Instruments PMAS (Potsdamer Multi - Apertur - Spektrophotometer), welcher zunächst für das 3.5m-Teleskop des Calar - Alto - Observatoriums in Südspanien vorgesehen ist. Um die Effizienz dieses Instrumentes zu verbessern, wurde in dieser Arbeit die Kopplung der zum Bildrasterung verwendeten Optik zu den Lichtleitfasern im Labor untersucht. Die Untersuchungen zur Maximierung von Lichtausbeute und Stabilität zeigen, daß sich die Effizienz durch Auswahl einer geeigneten Koppelmethode um etwa 20 Prozent steigern lässt.
N2  - Popular scientific abstract:   Currently there are two different approaches in the observational optical astronomy: On the first hand objects are imaged with cameras, on the other hand spectra are produced. The integral-field-technique is a relatively new way to combine both branches. The object image in the telecopes focus is sampled spatially and each spatial bin assigned to a spectrograph. Hence the object is not only sampled spatially but the spectral component is achieved as a third dimension, so the name 3D-Method. The result is like an image but each point consists of a whole spectrum. The use of this technique is to sample objects completely in contrast to standard slit spectroscopy. The strength of this method is to deal with high background light contamination. So the 3D method looks convincing for the new branch of extragalactic stellar astronomy with modern large telescopes. The detailled investigation of spatially resolved extragalactic populations in nearby galaxies is a rather new topic demanding newest telescopes and instrumentation. These investigations are very important in future to understand the origin and evolution of galaxies.  In this thesis the Integral-Field-Spectroscopy was tested for two planetary nebulae in the Andromeda galaxy M31. Observations have been made using the MPFS on the Russian 6m telescope and the INTEGRAL/WYFFOS setup on the 4.2m WHT on La Palma. A surprising result was that one of the two objects was wrongly identified as a planetary nebula. The spatial extension and spectral details excluded this object class. With high probability this object is a supernova remnant.  The integral-field-instruments used in this thesis had different technical layouts, which were to compare to each other. The main critics is the poor efficiency of both devices. The experience made was utilized to optimize the concept of the recently developed 3D-instrument PMAS (Potsdam Multi- Aperture Spectrophotometer). PMAS will be used for the 3.5 m telescope at the Calar Alto observatory. To improve efficiency, the coupling of the optical fibers used to sample the object and guide the light into the spectrograph was optimized in the laboratory. This investigations showed that an increase of the coupling efficiency by about 20 percent is possible by using immersion coupling between fibers and lenses.
KW  - Ortsauflösende Spektrofotometrie
KW  - extragalaktische Stellarastronomie
KW  - Integral field spectroscopy
KW  - extragalactic stellar astronomy
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000372
ER  - 
TY  - THES
A1  - Malik, Nishant
T1  - Extremes in events and dynamics : a nonlinear data analysis perspective on the past and present dynamics of the Indian summer monsoon
N2  - To identify extreme changes in the dynamics of the Indian Summer Monsoon (ISM) in the past, I propose a new approach based on the quantification of fluctuations of a nonlinear similarity measure, to identify regimes of distinct dynamical complexity in short time series. I provide an analytical derivation for the relationship of the new measure with the dynamical invariants such as dimension and Lyapunov exponents of the underlying system. A statistical test is also developed to estimate the significance of the identified transitions. Our method is justified by uncovering bifurcation structures in several paradigmatic models, providing more complex transitions compared with traditional Lyapunov exponents. In a real world situation, we apply the method to identify millennial-scale dynamical transitions in Pleistocene proxy records of the south Asian summer monsoon system. We infer that many of these transitions are induced by the external forcing of solar insolation and are also affected by internal forcing on Monsoonal dynamics, i.e., the glaciation cycles of the Northern Hemisphere and the onset of the tropical Walker circulation. Although this new method has general applicability, it is particularly useful in analysing short palaeo-climate records. Rainfall during the ISM over the Indian subcontinent occurs in form of enormously complex spatiotemporal patterns due to the underlying dynamics of atmospheric circulation and varying topography. I present a detailed analysis of summer monsoon rainfall over the Indian peninsular using Event Synchronization (ES), a measure of nonlinear correlation for point processes such as rainfall. First, using hierarchical clustering I identify principle regions where the dynamics of monsoonal rainfall is more coherent or homogenous. I also provide a method to reconstruct the time delay patterns of rain events. Moreover, further analysis is carried out employing the tools of complex network theory. This study provides valuable insights into the spatial organization, scales, and structure of the 90th and 94th percentile rainfall events during the ISM (June to September). I furthermore analyse the influence of different critical synoptic atmospheric systems and the impact of the steep Himalayan topography on rainfall patterns. The presented method not only helps in visualising the structure of the extremeevent rainfall fields, but also identifies the water vapor pathways and decadal-scale moisture sinks over the region. Furthermore a simple scheme based on complex networks is presented to decipher the spatial intricacies and temporal evolution of monsoonal rainfall patterns over the last six decades. Some supplementary results on the evolution of monsoonal rainfall extremes over the last sixty years are also presented.
N2  - Um Extremereignisse in der Dynamik des indischen Sommermonsuns (ISM) in der geologischen Vergangenheit zu identifizieren, schlage ich einen neuartigen Ansatz basierend auf der Quantifikation von Fluktuationen in einem nichtlinearen Ähnlichkeitsmaß vor. Dieser reagiert empfindlich auf Zeitabschnitte mit deutlichen Veränderungen in der dynamischen Komplexität kurzer Zeitreihen. Ein mathematischer Zusammenhang zwischen dem neuen Maß und dynamischen Invarianten des zugrundeliegenden Systems wie fraktalen Dimensionen und Lyapunovexponenten wird analytisch hergeleitet. Weiterhin entwickle ich einen statistischen Test zur Schätzung der Signifikanz der so identifizierten dynamischen Übergänge. Die Stärken der Methode werden durch die Aufdeckung von Bifurkationsstrukturen in paradigmatischen Modellsystemen nachgewiesen, wobei im Vergleich zu den traditionellen Lyapunovexponenten eine Identifikation komplexerer dynamischer Übergänge möglich ist. Wir wenden die neu entwickelte Methode zur Analyse realer Messdaten an, um ausgeprägte dynamische Veränderungen auf Zeitskalen von Jahrtausenden in Klimaproxydaten des südasiatischen Sommermonsunsystems während des Pleistozäns aufzuspüren. Dabei zeigt sich, dass viele dieser Übergänge durch den externen Einfluss der veränderlichen Sonneneinstrahlung, sowie durch dem Klimasystem interne Einflussfaktoren auf das Monsunsystem (Eiszeitzyklen der nördlichen Hemisphäre und Einsatz der tropischenWalkerzirkulation) induziert werden. Trotz seiner Anwendbarkeit auf allgemeine Zeitreihen ist der diskutierte Ansatz besonders zur Untersuchung von kurzen Paläoklimazeitreihen geeignet. Die während des ISM über dem indischen Subkontinent fallenden Niederschläge treten, bedingt durch die zugrundeliegende Dynamik der atmosphärischen Zirkulation und topographische Einflüsse, in äußerst komplexen, raumzeitlichen Mustern auf. Ich stelle eine detaillierte Analyse der Sommermonsunniederschläge über der indischen Halbinsel vor, die auf Ereignissynchronisation (ES) beruht, einem Maß für die nichtlineare Korrelation von Punktprozessen wie Niederschlagsereignissen. Mit hierarchischen Clusteringalgorithmen identifiziere ich zunächst Regionen mit besonders kohärenten oder homogenen Monsunniederschlägen. Dabei können auch die Zeitverzögerungsmuster von Regenereignissen rekonstruiert werden. Darüber hinaus führe ich weitere Analysen auf Basis der Theorie komplexer Netzwerke durch. Diese Studien ermöglichen wertvolle Einsichten in räumliche Organisation, Skalen und Strukturen von starken Niederschlagsereignissen oberhalb der 90% und 94% Perzentilen während des ISM (Juni bis September). Weiterhin untersuche ich den Einfluss von verschiedenen, kritischen synoptischen Systemen der Atmosphäre sowie der steilen Topographie des Himalayas auf diese Niederschlagsmuster. Die vorgestellte Methode ist nicht nur geeignet, die Struktur extremer Niederschlagsereignisse zu visualisieren, sondern kann darüber hinaus über der Region atmosphärische Transportwege von Wasserdampf und Feuchtigkeitssenken auf dekadischen Skalen identifizieren.Weiterhin wird ein einfaches, auf komplexen Netzwerken basierendes Verfahren zur Entschlüsselung der räumlichen Feinstruktur und Zeitentwicklung von Monsunniederschlagsextremen während der vergangenen 60 Jahre vorgestellt.
T2  - Extrema in Ereignissen und Dynamiken : historische und heutige Dynamik des Indischen Sommer-Monsuns aus der Perspektive nichtlinearer Datenanalyse
KW  - nichtlineare Datenanalyse
KW  - Paläoklimatologie
KW  - Indischer Sommer-Monsun
KW  - Extremereignisse
KW  - komplexe Netzwerke
KW  - nonlinear time series analysis
KW  - Paleoclimatology
KW  - Indian summer monsoon
KW  - extreme events
KW  - complex networks
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fischer, Jost
T1  - Über Synchronisationsphänomene nichtlinearer akustischer Oszillatoren
T1  - About synchronization phenomena of nonlinear acoustic oscillators
N2  - In dieser Arbeit werden die Effekte der Synchronisation nichtlinearer, akustischer Oszillatoren am Beispiel zweier Orgelpfeifen untersucht. Aus vorhandenen, experimentellen Messdaten werden die typischen Merkmale der Synchronisation extrahiert und dargestellt. Es folgt eine detaillierte Analyse der Übergangsbereiche in das Synchronisationsplateau, der Phänomene während der Synchronisation, als auch das Austreten aus der Synchronisationsregion beider Orgelpfeifen, bei verschiedenen Kopplungsstärken. Die experimentellen Befunde werfen Fragestellungen nach der Kopplungsfunktion auf. Dazu wird die Tonentstehung in einer Orgelpfeife untersucht. Mit Hilfe von numerischen Simulationen der Tonentstehung wird der Frage nachgegangen, welche fluiddynamischen und aero-akustischen Ursachen die Tonentstehung in der Orgelpfeife hat und inwiefern sich die Mechanismen auf das Modell eines selbsterregten akustischen Oszillators abbilden lässt. Mit der Methode des Coarse Graining wird ein Modellansatz formuliert.
N2  - In this study, synchronization properties observed in a system of nonlinear acoustic oscillators in form of two coupled organ pipes are investigated. From given measurements we extract the effects of synchronization one would expect typically. Furthermore we set our focus to the domains of transition into the synchronization region, when the system is complete synchronized and when it tears off, under the condition of different coupling strengths. We analyze and discuss the observed phenomena concerning their nonlinearities. Using numerical, fluid-dynamic and aeroacoustic simulation techniques we investigate how an organ pipe can be understand as a self-sustained, acoustic oscillator. With the results of the numerical simulations we show, how to reduce the complex fluid-dynamical interplay with the acoustic field inside the pipe to a self-sustained acoustic oscillator. For this process we use the coarse graining method.
KW  - Physik
KW  - Synchronisation
KW  - Orgelpfeife
KW  - nichtlinear
KW  - Akustik
KW  - physics
KW  - synchronization
KW  - organ pipe
KW  - nonlinear
KW  - acoustics
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63618
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TY  - THES
A1  - Orgis, Thomas
T1  - Unstetige Galerkin-Diskretisierung niedriger Ordnung in einem atmosphärischen Multiskalenmodell
T1  - Low-order discontinuous Galerkin discretization in an atmospheric multi-scale model
N2  - Die Dynamik der Atmosphäre der Erde umfasst einen Bereich von mikrophysikalischer Turbulenz über konvektive Prozesse und Wolkenbildung bis zu planetaren Wellenmustern. Für Wettervorhersage und zur Betrachtung des Klimas über Jahrzehnte und Jahrhunderte ist diese Gegenstand der Modellierung mit numerischen Verfahren. Mit voranschreitender Entwicklung der Rechentechnik sind Neuentwicklungen der dynamischen Kerne von Klimamodellen, die mit der feiner werdenden Auflösung auch entsprechende Prozesse auflösen können, notwendig. Der dynamische Kern eines Modells besteht in der Umsetzung (Diskretisierung) der grundlegenden dynamischen Gleichungen für die Entwicklung von Masse, Energie und Impuls, so dass sie mit Computern numerisch gelöst werden können. Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung eines unstetigen Galerkin-Verfahrens niedriger Ordnung für atmosphärische Anwendungen. Diese Eignung für Gleichungen mit Wirkungen von externen Kräften wie Erdanziehungskraft und Corioliskraft ist aus der Theorie nicht selbstverständlich. Es werden nötige Anpassungen beschrieben, die das Verfahren stabilisieren, ohne sogenannte „slope limiter” einzusetzen. Für das unmodifizierte Verfahren wird belegt, dass es nicht geeignet ist, atmosphärische Gleichgewichte stabil darzustellen. Das entwickelte stabilisierte Modell reproduziert eine Reihe von Standard-Testfällen der atmosphärischen Dynamik mit Euler- und Flachwassergleichungen in einem weiten Bereich von räumlichen und zeitlichen Skalen. Die Lösung der thermischen Windgleichung entlang der mit den Isobaren identischen charakteristischen Kurven liefert atmosphärische Gleichgewichtszustände mit durch vorgegebenem Grundstrom einstellbarer Neigung zu(barotropen und baroklinen)Instabilitäten, die für die Entwicklung von Zyklonen wesentlich sind. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten sind diese Zustände direkt im z-System(Höhe in Metern)definiert und müssen nicht aus Druckkoordinaten übertragen werden.Mit diesen Zuständen, sowohl als Referenzzustand, von dem lediglich die Abweichungen numerisch betrachtet werden, und insbesondere auch als Startzustand, der einer kleinen Störung unterliegt, werden verschiedene Studien der Simulation von barotroper und barokliner Instabilität durchgeführt. Hervorzuheben ist dabei die durch die Formulierung von Grundströmen mit einstellbarer Baroklinität ermöglichte simulationsgestützte Studie des Grades der baroklinen Instabilität verschiedener Wellenlängen in Abhängigkeit von statischer Stabilität und vertikalem Windgradient als Entsprechung zu Stabilitätskarten aus theoretischen Betrachtungen in der Literatur.
N2  - The dynamics of the Earth’s atmosphere encompass a range from microphysical turbulence over convective processes and cloud formation up to planetary wave patterns. For weather forecasting and the investigation of climate over decades and centuries, these are subject to modelling with numerical methods. With progressing development of computer technology, re-development of the dynamical cores of climate models is in order to properly handle processes covered by the increasing resolution. The dynamical core of a model consists of the adaptation(discretization)of the basic equations for the dynamics of mass, energy and momentum for solving them numerically employing computers. The presented work investigates the applicability of a low-order Discontinuous Galerkin (DG) method for atmospheric applications. With equations that include external forces like gravitation and the Coriolis force, that is not given by theory. Necessary changes for stabilizing the method without resorting to slope limiters are presented. For the unmodified method, the basic inability to properly keep atmospheric balances is demonstrated. The developed stabilized model reproduces a set of standard test cases in a wide range of spatial and temporal scales. The solution of the termal wind equation along its characteristics curves, those being identical to the isobars, produces balanced atmospheric states with tunable (barotropic and baroclinic) instability via a prescribed zonal wind field. The constructed instability directly relates to the generation of cyclones. In contrast to earlier works, these balanced states are directly given in the z system (height in meters), without need for elaborate conversion from pressure coordinates. With these constructed states, both as reference state, the deviations from which being considered numerically, and as especially as initial condition subject to a small perturbation, several studies of barotropic and baroclinic instability are conducted via simulations. Particularily, the construction of steady states with configurable zonal flows of certain baroclinity facilitates a simulation-based study of baroclinic instability of differing wavelengths, depending on static stability and vertical wind gradient, in correspondence with stability maps from theoretical considerations in the literature.
KW  - Atmosphärenmodellierung
KW  - Unstetiges Galerkin-Verfahren
KW  - Multiskale
KW  - Barokline Instabilität
KW  - thermische Windgleichung
KW  - atmospheric modelling
KW  - discontinuous Galerkin method
KW  - multi-scale
KW  - baroclinic instability
KW  - thermal wind equation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70687
ER  - 
TY  - THES
A1  - Anielski, Alexander
T1  - Entwicklung einer mikrofluidischen, adaptiv geregelten Messapparatur zur quantitativen Untersuchung von Chemotaxis mit Hilfe der Flussfotolyse
KW  - Flussfotolyse
KW  - Konzentration
KW  - Chemotaxis
KW  - Mikrokanal
KW  - Dictyostelium
KW  - flow photolysis
KW  - concentration
KW  - chemotaxis
KW  - microchannel
KW  - Dictyostelium
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Teppner, Randolf
T1  - Adsorptionsschichten an fluiden Grenzflächen : Skalengesetze und Ionenverteilungen
N2  - In dieser Arbeit wurden zwei Themenbereiche bearbeitet:  1. Ellipsometrie an Adsorpionsschichten niedermolekularer Tenside an der Wasser/Luft-Grenzfläche (Ellipsometrie ist geeignet, adsorbierte Mengen von nicht- und zwitterionischen Tensiden zu messen, bei ionischen werden zusätzlich die Gegenionen mit erfaßt; Ellipsometrie mißt sich ändernde Gegenionenverteilung). 2. Ellipsometrische Untersuchung von endadsorbierten Polymerbürsten an der Wasser/Öl-Grenzfläche (Ellipsometrie ist nicht in der Lage, verschiedene Segmentkonzentrationsprofile innerhalb der Bürste aufzulösen, ist aber sehr wohl geeignet, Skalengesetze für Dicken und Drücke in Abhängigkeit von Ankerdichte und Kettenlänge der Polymere zu überprüfen; für in Heptan gequollene Poly-isobuten-Bürsten konnte gezeigt werden, daß sie sich entsprechend den theoretischen Vorhersagen für Bürsten in einem theta-Lösungsmittel verhalten)
N2  - In this publication two subjects are dealt with: 1. Ellipsometry on adsorption layers of low molecular weight surfactants at the air/water-interface (Ellipsometry is suitable to measure adsorbed amounts of non-ionic surfactants, whereas this is impossible for ionic surfactants; in the latter case the ellipsometric signal is strongly influenced by the counter ion distribution; ellipsometry can measure changes in the counter ion distribution) 2. Ellipsometric investigation of polymer brushes anchored to the oil/water-interface (Ellipsometry is not able to distinguish between different segmental concentration profiles within the brush, but it is nevertheless suitable to check scaling laws for brush height and pressure in dependence on anchor density and degree of polymerization of the polymers; it could be shown, that brushes of poly-isobutylene swollen in heptane behave as predicted for brushes in a theta-solvent)
KW  - Ellipsometrie
KW  - Adsorptionsschichten
KW  - Ionenverteilungen
KW  - Polymerbürsten
KW  - Skalengesetze
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000117
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TY  - THES
A1  - Hammoudeh, Ismail
T1  - Qualitative nichtlineare Zeitreihenanalyse mit Anwendung auf das Problem der Polbewegung
N2  - In der nichtlinearen Datenreihenanalyse hat sich seit etwa 10 Jahren eine Monte-Carlo-Testmethode etabliert, die Theiler-surrogatmethode, mit Hilfe derer entschieden werden kann, ob eine Datenreihe nichtlinearen Ursprungs sei. Diese Methode wird kritisiert, modifiziert und verallgemeinert. Das, was Theiler untersuchen will braucht andere Surrogatmethoden, die hier konstruiert werden. Und das, was Theiler untersucht braucht gar keine Monte-Carlo-Methoden. Mit Hilfe des in der Arbeit eingeführten Begriffs des Phasensignals werden Testmöglichkeiten dargelegt und Beziehungen zwischen den nichtlinearen Eigenschaften der Zeitreihe und deren Phasenspektrum erforscht. Das Phasensignal wird aus dem Phasenspektrum der Zeitreihe hergeleitet und registriert außerordentliche Geschehnisse im Zeitbereich sowie Phasenkopplungen im Frequenzbereich.   Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf das Problem der Polbewegung angewendet. Die Hypothese einer nichtlinearen Beziehung zwischen der atmosphärischen Erregung und der Polbewegung wird untersucht. Eine nichtlineare Behandlung wird nicht für nötig gehalten.
N2  - In the nonlinear data analysis there is a popular Monte Carlo Test method due to Theiler (it was established about 10 years ago), the Theiler surrogate method, which tests whether a time series is of a linear origin. This method is being criticized, modified and generalized in this thesis. What Theiler wants to test, needs other surrogate methods, which are constructed here. And what Theiler really tests, does not need Monte Carlo methods. With the help of the concept of the phase signal, that is introduced here, other test options are possible. The phase signal helps also in investigating the relations between the nonlinear characteristics of the time series and their phase spectrum. The phase signal is derived from the phase spectrum of the time series and registers extraordinary events in the time domain as well as phase couplings in the frequency domain.   These theoretical approches are applied to the problem of polar motion. The hypothesis of a nonlinear relationship between the atmospheric excitation and the pole movement is examined. A nonlinear treatment is not considered necessary.
KW  - Nichtlineare Zeitreihenanalyse ; Signalanalyse - Polbewegung ; Chandler-Periode ; Nichtlineares Phänomen
KW  - nichtlineare Datenanalyse
KW  - Surrogatmethode
KW  - Phasenspektrum
KW  - Cepstrum
KW  - Theiler-Surrogate
KW  - Polbewegung
KW  - Phasengleichverteilung
KW  - nonlinear data analysis
KW  - surrogate method
KW  - phase spectrum
KW  - cepstrum
KW  - Theiler surrogates
KW  - polar motion
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000640
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TY  - THES
A1  - Jung, Carl Christoph
T1  - Lichtinduzierte Generierung und Charakterisierung optischer Anisotropie
N2  - Eine Nutzung der optischen Anisotropie dünner Schichten ist vor allem für die Displaytechnologie, die optische Datenspeicherung und für optische Sicherheitselemente von hoher Bedeutung. Diese Doktorarbeit befasst sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchung von dreidimensionaler Anisotropie und dabei insbesondere mit der Untersuchung von lichtinduzierter dreidimensionaler Anisotropie in organischen dünnen Polymer-Schichten. Die gewonnenen Erkentnisse und entwickelten Methoden können wertvolle Beiträge für Optimierungsprozesse, wie bei der Kompensation der Blickwinkelabhängigkeit von Flüssigkristall-Displays, liefern.  Die neue Methode der Immersions-Transmissions-Ellipsometrie (ITE) zur Untersuchung von dünneren Schichten wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Diese Methode gestattet es, in Kombination mit konventioneller Reflexions- und Transmissionsellipsometrie, die absoluten dreidimensionalen Brechungsindices einer biaxialen Schicht zu bestimmen. Erstmals gelang es damit, das dreidimensionale Brechungsindexellipsoid von transparenten, dünneren (150 nm) Filmen hochgenau (drei Stellen hinter dem Komma) zu bestimmen. Die ITE-Methode hat demzufolge das Potential, auch bei noch dünneren Schichten mit Gewinn eingesetzt werden zu können.   Die lichtinduzierte Generierung von dreidimensionaler Anisotropie wurde in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen, amorphen und flüssig-kristallinen Homo- und Copolymeren untersucht. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen zur Änderung von lichtinduzierten, dreidimensionalen Anisotropien in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen Polymeren bei Tempern oberhalb der Glastemperatur durchgeführt.  Bei vielen der untersuchten Polymere war die dreidimensionale Ordnung nach dem Bestrahlen mit polarisiertem Licht und anschließendem Tempern oberhalb der Glastemperatur scheinbar von der Schichtdicke abhängig. Die Ursache liegt wohl in der, mit der neuentwickelten ITE-Methode detektierten, planaren Ausgangsorientierung der aufgeschleuderten dünneren Schichten.  Um Verkippungs-Gradienten in dickeren Polymerschichten in ihrem Verlauf zu bestimmen, wurde eine spezielle Methode unter Benutzung der Wellenleitermoden-Spektroskopie entwickelt.  Quantenchemisch bestimmte, maximal induzierbare Doppelbrechungen in flüssig-kristallinen Polymeren wurden mit den experimentell gefundenen Ordnungen verglichen.
N2  - The optical anisotropy of thin films is of great interest mainly in the display technology, the optical data storage and for optical security elements. The topic of this thesis was the theoretical and experimental investigation of three-dimensional anisotropy and especially the investigation of light-induced three-dimensional anisotropy in thin organic polymer films. The results and newly developed methods can contribute significantly to technical optimisation processes, e. g. for the compensation of the viewing angle dependence of liquid crystal displays.   The new method of immersion-transmission-ellipsometry (ITE) for the investigation of thinner layers was developed in the course of this PhD. The new method allows to determine the absolute three-dimensional refractive indices of a biaxial film. For the first time it has been possible to determine the three-dimensional indicatrix of transparent, 150 nm thin films with an accuracy of three digits after the decimal point. The ITE-method therefore has the potential to be used for the investigation of even thinner films.  The light-induced generation of three-dimensional anisotropy was investigated in thin films of azobenzene-containing and cinnamate containing, amorphous and liquid crystalline homo- and copolymers. For the first time, quantitative investigations of the changes of light-induced, three-dimensional anisotropies in thin films of azobenzene containing and cinnamate containing polymers, that were brought about by annealing above the glass transition temperatures, were carried out.  For many of the investigated polymers the three-dimensional order after irradiation with polarised light and subsequent annealing above the glass transition temperature seemed to be dependent on the film thickness. The reason could be the planar initial order of the spin-coated thinner films, which was detected with the new ITE-method.  For the characterisation of tilt gradients in thicker polymer films a special method using waveguide spectroscopy was developed.  Quantum chemically determined maximal values of inducible birefringence were compared with the experimentally determined values.
KW  - Anisotropie
KW  - Photoorientierung
KW  - Photoalignment
KW  - dünne Schichten
KW  - 3D
KW  - Ellipsometrie
KW  - Kompensatoren
KW  - Wellenleiter
KW  - Displays
KW  - Fluoreszenz
KW  - anisotropy
KW  - photo-orientation
KW  - photoalignment
KW  - thin films
KW  - 3D
KW  - ellipsometry
KW  - compensation films
KW  - waveguides
KW  - displays
KW  - fluorescence
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001390
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TY  - THES
A1  - Mikat, Jürgen E. R.
T1  - Optische und schwingungsspektroskopische Hochdruckuntersuchungen von Ladungsträgereigenschaften in herkömmlich und nach der Template-Methode synthetisierten leitfähigen Polypyrrolschichten
N2  - Chemisch dotiertes Polypyrrol gilt als Modellsubstanz für leitfähige Polymere mit nichtdegeneriertem Grundzustand. Das elektrische Transportverhalten in dotiertem Polypyrrol wird durch lokalisierte Ladungsträger, Bipolaronen und Polaronen, bestimmt. Es besteht dabei eine enge gegenseitige Wechselwirkung zwischen der Struktur der Polymerkette und den Eigenschaften der Ladungsträger. Die in dieser Arbeit vorgestellte Kombination von Hochdruckmethodik und optischer Spektroskopie vertieft das Verständnis der Beziehung zwischen der molekularen und supramolekularen Struktur und den elektronischen und optischen Eigenschaften. Durch spezifische Synthesemethoden lassen sich unterschiedliche Strukturen in der polymeren Probe induzieren, die sich durch den Anteil an hochgeordneten Polymerketten unterscheiden. Die gezielte Veränderung dieser Strukturen durch Druckexperimente ermöglicht das Studium des Einflusses der Synthesemethoden auf die Ladungsträgereigenschaften. Für diese Studien wurden herkömmlich synthetisierte Polypyrrol-Filme und Filme, die sich aus Polypyrrol-Nanoröhren zusammensetzen (Synthese in Kernspur-membranen, "Template-Synthese") bei ansonsten gleichen Syntheseparametern untersucht. Raman- und Infrarotspektroskopie sowie UV-Vis-NIR-Absorptionsspektroskopie, die jeweils für die Hochdruckmethodik adaptiert wurden, dienten der Charakterisierung der Proben. Zusätzlich wurden temperatur- und druckabhängige Messungen des elektrischen Widerstands an den Template-Proben durchgeführt. Die Morphologie template-synthetisierter Polypyrrol-Nanoröhren und die filmbildenden Eigenschaften sowie der mögliche Aufbau von Schichtarchitekturen wurden mit transmissions- und rasterelektronenmikroskopischen Techniken untersucht.  Die aus den Hochdruckexperimenten gewonnenen Daten werden in der Arbeit im Hinblick auf die Stabilität der Ladungsträger interpretiert. Im Ergebnis bewirkt die Druckerhöhung eine Dissoziation der Bipolaronen in den untersuchten Proben. Das Ladungsträger-gleichgewicht verschiebt sich dadurch mit steigendem Druck zu Zuständen mit höherem Anteil an polaronischen Ladungsträgern. Die Template-Synthese bewirkt gegenüber herkömmlich synthetisierten Proben einen höheren Anteil an Polaronen bereits bei Normaldruck, und eine Lage des Systems näher bei einem Isolator-Metall-Übergang. Die Dissoziationsrate der Bipolaronen ist für Template- und herkömmlich synthetisierte Proben vergleichbar groß und unabhängig vom Initialzustand nach der Synthese.   Dieses Verhalten der Ladungsträger wird weitergehend im Rahmen eines Modells untersucht, bei dem der Einfluß benachbarter Polymerketten und der Dotandionen berücksichtigt wird. Dementsprechend können sich die Wellenfunktionen der Ladungsträger unter bestimmten Bedingungen auch auf benachbarte Ketten erstrecken (transversale Polaronen bzw. Bipolaronen). Eine solche Ausdehnung der Wellenfunktionen unter Mitwirkung der Dotandionen wurde in den untersuchten Proben nicht festgestellt. Die Wellenfunktionen der Ladungsträger besitzen demnach hauptsächlich Komponenten entlang der Polymerkette (longitudinale Polaronen bzw. Bipolaronen). Aus der Änderungsrate druckabhängiger spektraler Charakteristiken lassen sich Aussagen über den Ordnungszustand der Probe ableiten.  Diese auf experimentellem Wege gefundenen Ergebnisse liefern somit Hinweise für die bisher kontrovers diskutierte Koexistenz der beiden Ladungsträgerarten Polaronen und Bipolaronen und die Größe ihrer jeweiligen Bindungsenergien. Druckerhöhung und Template-Synthese bewirken analoge Änderungen der Polymerstruktur. Sowohl höherer Druck wie auch die Template-Synthese lassen sich mit einem höheren Ordnungsgrad in den Template-Proben korrelieren.  Der Ladungstransport in den Proben kann durch ein Mott Variable Range Hopping-Modell mit druckabhängiger charakteristischer Dimension beschrieben werden. Die Erhöhung des Drucks bewirkt einen Anstieg der Dimension, eine bessere Überlappung der Wellenfunktionen der Ladungsträger und eine Vergrößerung der Lokalisierungslänge der Ladungsträger. Die druckinduzierte Dissoziation der Bipolaronen beeinflußt den Ladungstransport zusätzlich durch Erhöhung der Anzahl unabhängiger Ladungsträger und verbessert diesen aufgrund stärkerer Überlappung der Wellenfunktionen. Template-Proben niedriger Synthesetemperatur zeigen bei Normaldruck eine höhere Dimension des Mott Variable Range Hoppings und eine größere Lokalisierungslänge gegenüber bei Raumtemperatur synthetisierten Proben. Kürzere Synthesezeiten bewirken einen Anstieg der Dimension bei Normaldruck und eine Verschiebung des Dimensionscrossovers zu niedrigeren Temperaturen. Template-Proben kurzer Synthesezeit zeigen geringere druckinduzierte Änderungen als solche mit langer Synthesezeit. Es wurde ein kontinuierliches Ordnungsmodell der Polypyrrol-Nanoröhren entwickelt, das dieses Verhalten beschreibt.  Die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften der Nanoröhren werden durch spezifische Syntheseparameter, wie Temperatur und Dauer, beeinflußt und können mit Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie beobachtet werden. Die filmbildenden Eigenschaften der Röhren hängen stark von diesen mechanischen Eigenschaften ab. Die Struktur der Filme kann dabei von einer unregelmäßigen Anordnung der Röhren bis zu nahezu parallel ausgerichteten Röhren variieren. Es wurden Möglichkeiten untersucht, die Röhren in den Filmen zu orientieren und aus diesen Filmen durch Schichtung makroskopische Architekturen mit einem hohen Grad an orientierten Röhren aufzubauen. Solche Architekturen können für verschiedene Anwendungen, z.B. in elektronischen Bauteilen oder mikroskopischen Bioreaktoren, von Interesse sein.
N2  - Chemically doped polypyrrole is a model substance for conducting polymers with non-degenerate ground state. The electrical transport behaviour in doped polypyrrole is determined by localised charge carriers, polarons and bipolarons, respectively. A strong interaction between the structure of the polymer chain and the properties of the carriers exists. In this work the applicability of the combination of high pressure techniques with spectroscopy in the visible spectral range is demonstrated to improve the understanding of the relationship between the molecular and supramolecular structure and the electronic and optical properties.  The use of specific synthesis methods allows the induction of different structures in the polymeric sample. These structures possess different amounts of highly ordered polymer chains. High pressure experiments are a suitable method to influence the structures in a controlled manner. In this way the effect of the different synthesis methods on the charge carrier properties can be studied. For these investigations polypyrrole films synthesised by ordinary chemical synthesis and films build up of template synthesised polypyrrole nanotubules, respectively, were fabricated under the same chemical synthesis conditions. The characterisation of the samples was carried out by Raman and infrared spectroscopy as well as optical absorption spectroscopy. All spectroscopic methods were adapted for high pressure techniques. Additionally, temperature and pressure dependent measurements of the electrical resistance were performed on the template synthesised samples. The morphology of polypyrrole nanotubules and films consisting of nanotubules as well as architectures built up from these films were examined by transmission and scanning electron microscopy.  The data obtained from the high pressure experiments are interpreted in view of the stability of the charge carriers. One result is the dissoziation of bipolarons upon pressure increase in the samples under investigation with increasing pressure. The charge carrier equilibrium is shifted to states with larger amount of polarons. Template synthesis, compared with ordinarily synthesised samples, results in a larger amount of polarons at ambient pressure and a position of the samples closer to an insulator-metal transition. The dissoziation rate of bipolarons in template and ordinary synthesised samples is comparable and independent of the initial state after completed synthesis procedure.  This behaviour of the charge carriers is further investigated in the frame of a model which takes the influence of neighbouring polymer chains and of dopant ions into considerations. According to this model, the wave functions of the charge carriers are also allowed to extend on neighboured chains under certain conditions (transverse polarons or bipolarons, respectively). Such an expansion of the wave functions where dopant ions act as mediating bridges of lower potential cannot be observed in the samples under investigation. Hence, the wave functions of the charge carriers contain mainly components along the polymer chain (longitudinal polarons or bipolarons, respectively). From the alteration rate of pressure dependent spectral characteristics information can be gained on the state of order in the samples.  These experimental results deliver hints for the up to now controversial discussion on the coexistence of the charge carrier species polarons and bipolarons and the magnitude of their binding energies. Pressure increase and template synthesis yield analogous changes of the polymer structure. High pressure as well as template synthesis can be correlated with a higher degree of order in the samples.   The charge carrier transport in the samples can be described by a Mott Variable Range Hopping model with a pressure dependent characteristic dimension. The increase of pressure results in an increasing dimension, a larger overlap of the wave function of the charge carriers and an increase of their localisation length. Additionally, pressure induced dissoziation of bipolarons improves the charge carrier transport by increasing the amount of independent charge carriers and larger overlap of the wave functions. Template synthesised samples prepared at lower synthesis temperature show a higher dimension of the Mott Variable Range Hopping and a larger localisation length than samples synthesised at room temperature. Shorter synthesis time results in an increase of the characteristic dimension at ambient pressure and a shift of the dimensional crossover to lower temperatures. Also, these samples show smaller pressure induced changes compared to samples with longer synthesis time. A model is developed describing this behaviour in the frame of a continuous order change in polypyrrole nanotubules.  The morphology and the mechanical properties of the template synthesised nanotubules are influenced by specific synthesis parameters, e.g. temperature and duration, as can be observed by transmission and scanning electron microscopy. The resulting films formed by the tubules strongly depend on these mechanical properties. The structure of the films can vary between disordered arrangement and almost parallel orientation of the tubules. The possibilities for orienting of the individual tubules in films and for building macroscopic architectures by subsequent stacking of those films were investigated. Such architectures are interesting from an application point of view e.g. in electronic devices and microscopic bioreactors.
KW  - leitfähige Polymere
KW  - Hochdruck
KW  - Schwingungsspektroskopie
KW  - Absorptionsspektroskopie
KW  - Transmissionselektronenmikroskopie
KW  - Polypyrrol
KW  - Ladungsträger
KW  - P
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000069
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kleppek, Sabine
T1  - Untersuchungen zur dynamischen Kopplung der Troposphäre und der Stratosphäre
T1  - Analyses of the dynamical coupling of the troposphere and the stratosphere
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein besseres Verständnis der Kopplung der Troposphäre und der Stratosphäre in den mittleren und polaren Breiten der Nordhemisphäre (NH) auf Monatszeitskalen erzielt, die auf die Ausbreitung von quasi-stationären Wellen zurückzuführen ist. Der Schwerpunkt lag dabei auf den dynamisch aktiven Wintermonaten, welche die grösste Variabilität aufweisen. Die troposphärische Variabilität wird zum Grossteil durch bevorzugte Zirkulationsstrukturen, den Telekonnexionsmustern, bestimmt. Mittels einer rotierten EOF-Analyse der geopotenziellen Höhe in 500 hPa wurden die wichtigsten regionalen troposphärischen Telekonnexionsmuster der Nordhemisphäre berechnet. Diese lassen sich drei grossen geografischen Regionen zuordnen; dem nordatlantisch-europäischen Raum, Eurasien und dem pazifisch-nordamerikanischen Raum.  Da es sich um die stärksten troposphärischen Variabilitätsmuster handelt, wurden sie als grundlegende troposphärische Grössen herangezogen, um dynamische Zusammenhänge zwischen der troposphärischen und der stratosphärischen Zirkulation zu untersuchen. Dabei wurde anhand von instantanen und zeitverzögerten Korrelationsanalysen der troposphärischen Muster mit stratosphärischen Variablen erstmalig gezeigt, dass unterschiedliche regionale troposphärische Telekonnexionsmuster unterschiedliche Auswirkungen auf die stratosphärische Zirkulation haben. Es ergaben sich für die pazifisch-nordamerikanischen Muster signifikante instantane Korrelationen mit quasi-barotropen Musterstrukturen und für die nordatlantisch-europäischen Muster zonalsymmetrische Ringstrukturen ab 1978 mit signifikanten Korrelationswerten über tropischen und subtropischen Breiten und inversen Korrelationswerten über polaren Gebieten.  Bei einer Untersuchung des Einflusses der stratosphärischen Variabilität wurde gezeigt, dass sich die stärkste Kopplung von nordatlantisch-europäischen Telekonnexionsmustern mit der stratosphärischen Zirkulation bei einem in Richtung Europa verschobenen Polarwirbel ergibt, wodurch die signifikanten Korrelationen ab 1978 erklärt werden können. Eine zonal gemittelte und vor allem lokale Untersuchung der Wellenausbreitungsbedingungen während dieser stratosphärischen Situation zeigt, dass es zu schwächeren Windgeschwindigkeiten in der Stratosphäre im Bereich von Nordamerika und des westlichen Nordatlantiks kommt und sich dadurch die Wellenausbreitungsbedingungen in diesem geografischen Bereich für planetare Wellen verbessern. Durch die stärkere Wellenausbreitung kommt es zu einer stärkeren Wechselwirkung mit dem Polarjet, wobei dieser abgebremst wird. Diese Abbremsung führt zu einer Verstärkung der meridionalen Residualzirkulation. D. h., wenn es zu einer verstärkten Wellenanregung im Nordatlantik und über Europa kommt, ist die Reaktion der Residualzirkulation bei einem nach Europa verschobenem Polarwirbel besonders stark.  Die quasi-barotropen Korrelationsstrukturen, die sich bei den pazifisch-nordamerikanischen Mustern zeigen, weisen aufgrund von abnehmenden Störungsamplituden mit zunehmender Höhe, keiner Westwärtsneigung und einem negativen Brechungsindex im Pazifik auf verschwindende Wellen hin, die als Lösung der Wellengleichung bei negativem Brechungsindex auftreten. Dies wird durch den Polarjet, der im Bereich des Pazifiks stets sehr weit in Richtung Norden verlagert ist, verursacht.  Abschliessend wurde in dieser Arbeit untersucht, ob die gefundenen Zusammenhänge von nordatlantisch-europäischen Telekonnexionsmustern mit der stratosphärischen Zirkulation auch von einem Atmosphärenmodell wiedergegeben werden können. Dazu wurde ein transienter 40-Jahre-Klimalauf des ECHAM4.L39(DLR)/CHEM Modells mit möglichst realistischen Antrieben erstmalig auf die Kopplung der Troposphäre und der Stratosphäre analysiert. Dabei konnten sowohl die troposphärischen, als auch die stratosphärischen Variabilitätsmuster vom Modell simuliert werden. Allerdings zeigen sich in den stratosphärischen Mustern Phasenverschiebungen in den Wellenzahl-1-Strukturen und ihre Zeitreihen weisen keinen signifikanten Trend ab 1978 auf. Die Kopplung der nordatlantisch-europäischen Telekonnexionsmuster mit der stratosphärischen Zirkulation zeigt eine wesentlich schwächere Reaktion der meridionalen Residualzirkulation. Somit stellte sich heraus, dass insbesondere die stratosphärische Zirkulation im Modell starke Diskrepanzen zu den Beobachtungen zeigt, die wiederum Einfluss auf die Wellenausbreitungsbedingungen haben. Es wird damit deutlich, dass für eine richtige Wiedergabe der Wellenausbreitung und somit der Kopplung der Troposphäre und Stratosphäre die stratosphärische Zirkulation eine wichtige Rolle spielt.
N2  - Within the scope of this study a better understanding of the coupling of the troposphere and the stratosphere in the middle and polar latitudes (NH) on monthly timescales, caused by the propagation of quasi-stationary waves is improved. The approach was focused on the dynamical active winter months, including the largest variablity.  The tropospheric variability is strongly affected by preferred circulation patterns, the so called teleconnection patterns. The most important, regional, tropospheric teleconnection patterns in the Northern Hemisphere are determined by means of a rotated EOF-Analyses of the geopotential height at the 500 hPa level. They can be attributed to three geographical regions; North Atlantic/Europe, Eurasia and Pacific/North America. These strongest tropospheric variability patterns are taken as the basic tropospheric quantities to analyse the connections between the tropospheric and stratospheric circulation. By means of instantaneous and time-lagged correlation analyses, it has been shown for the first time that different regional, tropospheric teleconnection patterns have different effects on the stratospheric circulation. The Pacific/North American patterns reveal significant correlation values with quasi-barotropic structures and the North Atlantic/European patterns show significant correlations over tropical and subtropical latitudes and invers correlation values over the polar region.  The investigation of the stratospheric variability influence reveals that the strongest coupling of the North Atlantic/European teleconnection patterns with the stratospheric circulation appears during periods with a shift of the polar vortex towards Europe. The zonal averaged and particularly the local analyses of the wave propagation conditions show that weaker wind speed in the stratosphere over North America and the western part of the North Atlantic leads to improved wave propagation conditions in this geographical region. The stronger wave propagation produces a stronger interaction of the waves with the polar jet which results in enhanced wave breaking and an amplification of the residual circulation. In the case of a stronger wave forcing in the North Atlantic and over Europe these will be a stronger reaction of the residual circulation. The quasi-barotropic correlation structures, induced by the Pacific/North American patterns, are an indicator for evanescent waves because of the decreasing perturbations with increasing height, none westward declination and a negative refractive index in the Pacific. This is generated by the polar jet in the Pacific which is always shifted very far to the north.  Concluding, it was studied, whether Atmospheric General Circulation Models (AGCMs) can reproduce the detected connections of the North Atlantic/European teleconnection patterns with the stratospheric circulation. Therefore the transient model run of the interactively coupled chemistry-climate model ECHAM4.L39(DLR)/ CHEM is used for analysing the troposphere-stratosphere coupling, covering the period from 1960 to 1999. Both, the tropospheric and the stratospheric variability patterns have been simulated by the model. However the stratospheric patterns show a phase shift in the wave number 1 patterns and the time series of the wave number 1 structures do not offer a significant trend since 1978. The coupling of the North Atlantic/European teleconnection patterns with the stratospheric circulation shows a significantly weaker annular-like correlation structure. It turned out, that the stratospheric circulation particularly shows strong discrepancies to the observations which can influence the wave propagation conditions again. Therefore, the stratospheric circulation plays an important role for an accurate reproduction of the wave propagation and consequently for the coupling of the troposphere and the stratosphere.
KW  - Wellenausbreitung
KW  - dynamische Klimatologie
KW  - Dynamik der Atmosphäre
KW  - Ausbreitung planetarer Wellen
KW  - Telekonnexionsmuster
KW  - Stratosphärendynamik
KW  - dynamic of the atmosphere
KW  - planetary wave propagation
KW  - teleconnection patterns
KW  - stratospheric circulation
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6421
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Feudel, Ulrike
T1  - Komplexes Verhalten in multistabilen, schwach dissipativen Systemen
N2  - Anhand eines paradigmatischen Modellbeispiels werden die Konsequenzen der Koexistenz vieler Attraktoren auf die globale Dynamik schwach dissipativer Systeme studiert. Es wird gezeigt, dass diese Systeme eine sehr reichhaltige Dynamik besitzen und extrem sensitiv gegenüber Störungen in den Anfangsbedingungen sind. Diese Systeme zeichnen sich durch eine extrem hohe Flexibilität ihres Verhaltens aus.
T3  - NLD Preprints - 34 
Y1  - 1996
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14412
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brand, Sascha
T1  - Klimavariabilität der Tropo- und Stratosphäre in einem globalen gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modell mit vereinfachter stratosphärischer Chemie
T1  - Tropo- and stratospheric climate variability in a global coupled atmosphere-ocean-model with simplified stratospheric chemistry
N2  - In dieser Arbeit wurde die Variabilität der Atmosphäre in einem neuen gekoppelten Klimamodell (ECHO-GiSP) untersucht, welches eine vereinfachte Stratosphärenchemie (bis 80 km Höhe) enthält. Es wurden 2 Simulationen über 150 Jahre durchgeführt. In einer der Simulationen wurde die atmosphärische Chemie modelliert, hatte aber keinen Einfluß auf die Dynamik des Klimamodelles. In der zweiten Simulation wurde hingegen die Wirkung der Chemie auf die Klimadynamik explizit berücksichtigt, die über die Strahlungsbilanz des Modelles erfolgt. Dies ist die erste Langzeitsimulation mit einem voll gekoppelten globalen Klimamodell mit interaktiver Chemie. Die Simulation mit rückgekoppelter Chemie zeigt eine Abschwächung des atmosphärischen Variabilitätsmusters der Arktischen Oszillation (AO). Zudem kommt es in der Troposphäre zu einer Reduzierung der mittleren Windgeschwindigkeiten der gemäßigten Breiten aufgrund verringerter Temperaturgegensätze zwischen den Tropen und den Polargebieten. Auch in der Stratosphäre ergibt sich eine Abschwächung und Erwärmung des Polarwirbels. Diese Auswirkungen der Kopplung zwischen der atmosphärischen Chemie und der Dynamik des Klimamodelles sind eine wichtige Erkenntnis, da in früheren Klimasimulationen die Variabilität der AO oft zu stark ausgeprägt war. In der Stratosphäre reduziert sich infolge des abgeschwächten Polarwirbels auch die großräumige Zirkulation zwischen den beiden Hemisphären der Erde. In der Troposphäre werden hingegen die allgemeine Zirkulation, und damit auch die subtropischen Strahlströme des Windes verstärkt. Zudem kommt es in den Tropen zu Temperaturänderungen durch stratosphärische Ozonschwankungen in Abhängigkeit von der AO. Allgemein verändert sich die Kopplung zwischen Troposphäre und Stratosphäre, einschließlich des durch die Anregung von langen atmosphärischen Wellen erfolgenden vertikalen Energieübertrages aus der Troposphäre in die Stratosphäre.
N2  - In this work the atmospheric variability in a new coupled climate model (ECHO-GiSP) was analyzed, which includes a simplified stratospheric chemistry (up to 80 km height). Two simulations of 150 years were performed. In one of those simulations the atmospheric chemistry was modeled without having any influence back on the model dynamics. In the second simulation the impact of the chemistry on climate dynamics, taking place via the models radiation balance, was explicitly recognized. This is the first long term simulation using a fully coupled global climate model with interactive chemistry. The simulation with interactive chemistry shows a weakening of the Arctic Oscillation (AO) pattern of atmospheric variability. At the same time there is a reduction of the mean wind speeds in middle latitudes in the troposphere, which is caused by weaker temperature gradients between the tropics and the polar regions. Also, in the stratosphere a weakening and warming of the polar vortex is obvious. These effects of the coupling between atmospheric chemistry and the dynamics of the climate model are an important result, since in earlier climate simulations the variability of the AO often was overestimated. Due to the weakened polar vortex in the stratosphere also the large scale interhemispheric mean circulation is reduced. On the other hand, the tropospheric meridional mean circulation, and thus also the subtropical jetstreams of the zonal wind are enhanced. Furthermore there are tropical temperature variations in the troposphere and lower stratosphere, which are induced by stratospheric ozone variations associated to the phase of the AO. Generally, the coupling between tropo- and stratosphere is changed, which includes the vertical energy and momentum transfer by ascending planetary waves from the troposphere to the stratosphere.
KW  - Klimamodell
KW  - Stratosphärenchemie
KW  - Allgemeine Zirkulation
KW  - Arktische Oszillation
KW  - climate model
KW  - stratospheric chemistry
KW  - general circulation
KW  - Arctic Oscillation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16602
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seefeldt, Michael
T1  - Pikosekunden-Weißlichterzeugung in mikrostrukturierten Fasern unter Ausnutzung nichtlinear optischer Effekte
T1  - Picosecond white-light generation in microstructured fibers by utilization of nonlinear optical effects
N2  - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es erstmals gelungen, mit einem ps-Pumplaser (10 ps) Weißlicht mit einer spektralen Breite von mehr als einer optischen Oktave in einer mikrostrukturierten Faser (MSF) bei einer Pumpwellenlänge von 1064 nm zu generieren. Es ließ sich, abgesehen von nichtkonvertierten Resten der Pumpstrahlung, ein unstrukturiertes und zeitlich stabiles Weißlichtspektrum von 700 nm bis 1650 nm generieren. Die maximale Ausgangsleistung dieser Weißlichtstrahlung betrug 3,1 W. Es konnten sehr gute Einkoppeleffizienzen von maximal 62 % erzielt werden. Die an der Weißlichterzeugung beteiligten dispersiven und nichtlinear optischen Effekte, wie z.B. Selbstphasenmodulation, Vierwellenmischung, Modulationsinstabilitäten oder Solitoneneffekte, werden detailliert theoretisch untersucht und erläutert. Die Arbeit beinhaltet ebenfalls eine umfangreiche Beschreibung der Wirkungsweise und Eigenschaften von mikrostrukturierten Fasern mit einem festen Faserkern. Aufgrund der großen Variationsvielfalt des mikrostrukturierten Fasermantels und der damit verbundenen Wellenleitereigenschaften ergeben sich, insbesondere für die Anwendung in der nichtlinearen Optik, eine Reihe von interessanten Eigenschaften. Es wurden insgesamt vier verschiedene mikrostrukturierte Fasern experimentell untersucht. Für die Interpretation der experimentellen Ergebnisse ist die Pulsausbreitung der ps-Pumppulse in einer dispersiven, nichtlinear optischen Faser anhand der verallgemeinerten nichtlinearen Schrödinger-Gleichung berechnet worden. Durch einen Vergleich der Berechnungen mit den Messdaten ließen sich verstärkte Modulationsinstabilitäten und verschiedene Solitoneneffekte als hauptsächlich für die Weißlichterzeugung bei ps-Anregungspulsen verantwortlich identifizieren. Auf der Basis der durchgeführten Untersuchungen wurde in Kooperation mit der Fa. Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH eine kompakte und leistungsstarke Weißlichtquelle entwickelt. Diese wurde erfolgreich in einer Kohärenztomographiemessung (Optical Coherence Tomography - OCT) getestet: Es konnte in ex vivo-Untersuchungen gezeigt werden, dass sich mit dieser ps-Weißlichtquelle eine hohe Eindringtiefe von ca. 400 µm in die Netzhaut eines Affen erreichen lässt.
N2  - With the present work it succeeded for the first time to generate white-light with a spectral width of more than an optical octave in a microstructured fiber (MSF) with a pump wavelength of 1064 nm and ps-pump pulses (10 ps). Apart from non-converted remainders of the pumping radiation, an unstructured and temporally stable white-light spectrum from 700 nm to 1650 nm could be generated. The maximum output power of this white-light radiation amounted to 3.1 W. Very good coupling efficiencies of max. 62 % could be obtained. At the white light generation different dispersive and nonlinear optical effects took part, e.g. self-phase modulation, four-wave mixing, modulation instabilities and soliton effects. These processes are theoretically examined and described in detail. Likewise the work contained an extensive description of the principle of operation and characteristics of microstructured fibers with a solid fiber core. Due to the large variation variety of the microstructured fiber cladding and the associated wave-guiding characteristics arise, in particular for application in the nonlinear optics, a set of interesting properties. Altogether four different microstructured fibers were experimentally examined. For the interpretation of the experimental results the pulse propagation of ps-pump pulses in a dispersive, nonlinear optical fiber was computed on the basis of the generalized nonlinear Schroedinger equation. By a comparison of the calculation results with the measuring data amplified modulation instabilities and different soliton effects could be identified as main responsible for the white light generation with ps-pump pulses. With respect to the accomplished experimental and theoretical investigations in co-operation with the company Jenoptik laser, optics, systems GmbH a compact and high-performance white-light source was developed. This broadband light source was tested successfully in an optical coherence tomography measurement (OCT): It could be shown in ex vivo investigations that with this white-light source high penetration depths of approx. 400 µm into the retina of a monkey could be achieved.
KW  - Weißlichterzeugung
KW  - mikrostrukturierte Faser
KW  - nichtlineare Optik
KW  - breitbandige Lichtquelle
KW  - Frequenzkonversion
KW  - white-light generation
KW  - microstructured fiber
KW  - nonlinear optics
KW  - broadband light source
KW  - frequency conversion
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16461
SN  - 978-3-940793-20-1
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Giesecke, André
T1  - Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im flüssigen Erdkern
T1  - Box simulations of rotating magnetoconvection in the earth's fluid core
N2  - Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im flüssigen Erdkern Numerische Simulationen der 3D-MHD Gleichungen sind mit Hilfe des Codes NIRVANA durchgeführt worden. Die Gleichungen für kompressible rotierende Magnetokonvektion wurden für erdähnliche Bedingungen numerisch in einer kartesischen Box gelöst. Charakteristische Eigenschaften mittlerer Größen, wie der Turbulenz-Intensität oder der turbulente Wärmefluss, die durch die kombinierte Wirkung kleinskaliger Fluktuationen entstehen, wurden bestimmt. Die Korrelationslänge der Turbulenz hängt signifikant von der Stärke und der Orientierung des Magnetfeldes ab, und das anisotrope Verhalten der Turbulenz aufgrund von Coriolis- und Lorentzkraft ist für schnellere Rotation wesentlich stärker ausgeprägt. Die Ausbildung eines isotropen Verhaltens auf kleinen Skalen unter dem Einfluss von Rotation alleine wird bereits durch ein schwaches Magnetfeld verhindert. Dies resultiert in einer turbulenten Strömung, die durch die vertikale Komponente dominiert wird. In Gegenwart eines horizontalen Magnetfeldes nimmt der vertikale turbulente Wärmefluss leicht mit zunehmender Feldstärke zu, so dass die Kühlung eines rotierenden Systems verbessert wird. Der horizontale Wärmetransport ist stets westwärts und in Richtung der Pole orientiert. Letzteres kann unter Umständen die Quelle für eine großskalige meridionale Strömung darstellen, während erstes in globalen Simulationen mit nicht axialsymmetrischen Randbedingungen für den Wärmefluss von Bedeutung ist. Die mittlere elektromotorische Kraft, die die Erzeugung von magnetischem Fluss durch die Turbulenz beschreibt, wurde unmittelbar aus den Lösungen für Geschwindigkeit und Magnetfeld berechnet. Hieraus konnten die entsprechenden α-Koeffizienten hergeleitet werden. Aufgrund der sehr schwachen Dichtestratifizierung ändert der α-Effekt sein Vorzeichen nahezu exakt in der Mitte der Box. Der α-Effekt ist positiv in der oberen Hälfte und negativ in der unteren Hälfte einer auf der Nordhalbkugel rotierenden Box. Für ein starkes Magnetfeld ergibt sich zudem eine deutliche abwärts orientierte Advektion von magnetischem Fluss. Ein Mean-Field Modell des Geodynamos wurde konstruiert, das auf dem α-Effekt basiert, wie er aus den Box-Simulationen berechnet wurde. Für eine äußerst beschränkte Klasse von radialen α-Profilen weist das lineare α^2-Modell Oszillationen auf einer Zeitskala auf, die durch die turbulente Diffusionszeit bestimmt wird. Die wesentlichen Eigenschaften der periodischen Lösungen werden präsentiert, und der Einfluss der Größe des inneren Kerns auf die Charakteristiken des kritischen Bereichs, innerhalb dessen oszillierende Lösungen auftreten, wurden untersucht. Reversals werden als eine halbe Oszillation interpretiert. Sie sind ein recht seltenes Ereignis, da sie lediglich dann stattfinden können, wenn das α-Profil ausreichend lange in dem periodische Lösungen erlaubenden Bereich liegt. Aufgrund starker Fluktuationen auf der konvektiven Zeitskala ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Reversals relativ klein. In einem einfachen nicht-linearen Mean-Field Modell mit realistischen Eingabeparametern, die auf den Box-Simulationen beruhen, konnte die Plausibilität des Reversal-Modells anhand von Langzeitsimulationen belegt werden.
N2  - Box-simulations of rotating magnetoconvection in the Earth's fluid core. Simulations of the 3D MHD-equations have been performed using the code NIRVANA. The equations for compressible rotating magnetoconvection are numerically solved in a Cartesian box assuming conditions roughly suitable for the geodynamo. The characteristics of averaged quantities like the turbulence intensity and the turbulent heat flux that are caused by the combined action of the small-scale fluctuations are computed. The correlation length of the turbulence significantly depends on the strength and orientation of the magnetic field and the anisotropic behavior of the turbulence intensity induced by Coriolis and Lorentz force is considerably more pronounced for faster rotation. The development of an isotropic behavior on the small scales -- as it is observed in pure rotating convection -- vanishes even for weak magnetic fields, which results in a turbulent flow that is dominated by the vertical component. In the presence of a horizontal magnetic field the vertical turbulent heat flux slightly increases with increasing field strength, so that cooling of the rotating system is facilitated. Horizontal transport of heat is always directed westwards and towards the poles. The latter might be a source of a large-scale meridional flow whereas the first would be important in global simulations in case of non-axisymmetric boundary conditions for the heat flux. The mean electromotive force describing the generation of mean magnetic flux by turbulence in the rotating fluid is directly calculated from the simulations and the corresponding α-coefficients are derived. Due to the very weak density stratification, the α-effect changes its sign in the middle of the box. It is positive at the top and negative at the bottom of the convective instable layer. For strong magnetic fields we also find a clear downward advection of the mean magnetic field. Finally the quenching behavior of the α-effect in dependence of the imposed magnetic field strength is presented. A geodynamo-model is constructed, which is based on an α-effect that has been computed from the box simulations. For a highly restricted class of radial α-profiles the linear α^2-model exhibits oscillating solutions on a timescale given by the turbulent diffusion time. The basic properties of the periodic solutions are presented and the influence of the inner core size on the characteristics of the critical range that allows for oscillating solutions is shown. Reversals are interpreted as half of such an oscillation. They are rather seldom events because they can only occur if the α-profile exists long enough within the small critical range that allows for periodic solutions. Due to strong fluctuations on the convective timescale the probability of such a reversal is very small. Finally, a simple non-linear mean-field model with reasonable input parameters based on the box-simulations demonstrates the plausibility of the presented theory with a long-time series of a (geo-)dynamo reversal sequence.
KW  - Geodynamo
KW  - Magnetokonvektion
KW  - Alpha-Effekt
KW  - MHD-Simulationen
KW  - Reversal
KW  - geodynamo
KW  - alpha-effect
KW  - magnetoconvection
KW  - MHD-Simulations
KW  - reversal
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13605
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stephan, Niels
T1  - Phänomenologische Untersuchungen zur Feuchteempfindlichkeit der elektrischen Eigenschaften von dünnen Polymerfilmen und deren Verwendung für neuartige Feuchtesensoren
T1  - Phenomenological research into the humidity sensitivity of the electrical properties of thin polymer films and its use for novel humidity sensors
N2  - Ziel dieser Arbeit ist die phänomenologische Untersuchung der Feuchteempfindlichkeit der elektrischen Eigenschaften dünner Polymerschichten. Diese Untersuchungen stellen gleichzeitig Vorarbeiten zur Entwicklung von Prototypen von zwei polymeren Dünnschicht-Feuchtesensoren dar, die sich durch die spezielle Auswahl der feuchtesensitiven Materialien jeweils durch eine besondere Eigenschaft gegenüber kommerziellen Massenprodukten auszeichnen. Ziel der Entwicklungsarbeiten für den ersten Prototypen war die Konstruktion eines schnellen Feuchtesensors, der plötzliche und sprunghafte Feuchteänderungen in der umgebenden Atmosphäre möglichst rasch detektieren kann. Dafür wurden dünne Schichten von Poly-DADMAC auf Interdigitalstrukturen aufgebracht, die einen möglichst direkten Kontakt zwischen feuchtesensitiver Schicht und umgebender, feuchter Atmosphäre gewährleisten. Als Messgrößen dienten die Wechselstromgrößen Widerstand und Kapazität der Schichten. Die Feuchtekennlinien der Schichten zeigen gute Konstanz und hohe Reproduzierbarkeit. Der Widerstand der Schichten ändert sich durch den Einfluss von Feuchte je nach Schichtdicke um 3 bis 5 Größenordnungen und eignet sich als Messgröße für die Feuchtigkeit im gesamten Feuchtebereich. Die Hysterese der Filme konnte auf kleiner als 2,5% r.F. bestimmt werden, die Reproduzierbarkeit auf besser als 1% r.F. Die Ansprechzeit der Schichten lässt sich schichtdickenabhängig zu 1 bis 10 Sekunden bestimmen. Hierbei zeigen besonders die dünnen Schichten kurze Ansprechzeiten. Zielstellung für den zweiten Feuchtesensor war die Entwicklung eines Prototypen, dessen sensitive Schicht sich biostatisch und biozid verhält, so dass er in biotischen Umgebungen eingesetzt werden kann. Es wurden fünf Polysulfobetaine synthetisiert, deren Biozidität und Biostatik mit dem Kontakttest nach Rönnpagel, dem ISO846-Test und Abbautests bestimmt wurde. Zwei Polymere – Poly-DMMAAPS (BT2) und Poly-[MSA-Styren-Sulfobetain] (BT5) – erwiesen sich als ausreichend biozid und biostatisch. Schichten dieser Polymere wurden auf Interdigitalstrukturen aufgezogen, anschließend wurden die Kennlinien dieser Proben aufgenommen. Die Messwerte zeigen für beide Polymere gute Konstanz und eine hohe Reproduzierbarkeit. BT2-Proben sind zwischen 20% und 80% r.F. besonders empfindlich und zeigen über einen Monat keine Langzeitdrift. Vernetzte Proben zeigen bis 50°C keinen temperaturbedingten Abfall der Feuchteempfindlichkeit. Der Einsatz vernetzter BT5-Schichten als kapazitiver Feuchtesensor ist bis etwa 70°C möglich, die Schichten sind selbst nach Lagerung im Hochvakuum und mehrfacher Betauung stabil. Damit liegen zwei funktionsfähige Prototypen von Feuchtesensoren vor, für die die meisten Kennwerte denen von vergleichbaren kommerziellen Feuchtesensoren entsprechen. Gleichzeitig zeichnen sie sich aber durch eine sehr niedrige Ansprechzeit bzw. eine ausreichende Lebensdauer unter biotischen Bedingungen aus.
N2  - The topic of this work is the phenomenological investigation of the humidity sensitivity of the electrical properties of thin polymer films. These investigations also act as preparatory work for the development of prototypes of two polymer thin film humidity sensors, which by the choice of the humidity sensitive materials stand out by one special property each compared with commercial mass products. The aim of the development work for the first prototype was the construction of a fast humidity sensor, which can rapidly detect sudden and erratic humidity changes in the surrounding atmosphere. Thin films of poly-DADMAC were prepared on interdigitated structures that allow for undisturbed contact between the sensitive layer and the surrounding humid atmosphere. Measured variables were the ac resistance and capacity of the films. The humidity characteristics of the films show good stability and high reproducibility. Under the influence of humidity the resistance of the films changes by 3 to 5 orders of magnitude, depending on the film thickness, and is suitable to measure the humidity in the entire humidity range. The hysteresis of the films is lower than 2.5% r.h., the reproducibility better than 1% r.h. The response time of the layers can be determined to 1 to 10 seconds, depending on their thickness. The thin films, specifically, show very short response times. The aim for the second humidity sensor was the development of a prototype, where the sensitive film is biostatic and biocide, so that it can be used to measure the humidity in biotic environments. Five polysulfobetaines were synthesized and their biocidity and biostatics were tested with the contact test according to Rönnpagel, the ISO846 test and degradation tests. Two of the polymers - poly-DMMAAPS (BT2) and poly-[MSA-styrene-sulfobetaine] (BT5) - showed sufficient biocidity and biostatics. Films of these polymers were prepared on interdigitated structures, then their humidity characteristics were recorded. The measured values show good stability and high reproducibility for both polymers. Samples of BT2 are highly sensitive between 20% and 80% r.h. and show no long-term drift after one month. Cross-linked samples show no decrease of the humidity sensitivity in temperatures up to 50 degrees Celsius. Cross-linked films of BT5 can be used as a capacitive humidity sensor up to 70 degrees Celsius, and the samples are stable even after storage in high vacuum and multiple dew cycles. These two functional prototypes of humidity sensors show characteristic data comparable to those of commercial sensors. However, they stand out, respectively, with a very short response time and a sufficient life time in biotic environments.
KW  - Polymere
KW  - Feuchtesensor
KW  - dünne Schichten
KW  - Poly-DADMAC
KW  - Polysulfobetain
KW  - polymers
KW  - humidity sensor
KW  - thin films
KW  - poly-DADMAC
KW  - polysulfobetaine
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13853
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TY  - THES
A1  - Sträßer, Alexander
T1  - Neue Prinzipien zur Realisierung von gepulsten, frequenzstabilisierten Lasern mit hoher mittlerer Leistung und exzellenter Strahlqualität
T1  - New Principles for realizing pulsed frequency stabilised lasers with high power and excellent beam quality
N2  - Wasserdampf in der Stratosphäre und Troposphäre ist eines der wichtigsten atmosphärischen Treibhausgase. Neben seiner Bedeutung für das Klima hat es großen Einfluss auf die Bildung von polaren stratosphärischen Wolken sowie auf die atmosphärische Chemie. Weltweit erstmalig soll innerhalb eines Forscherverbundes in Deutschland ein leistungsstarkes, mobiles, abtastendes Wasserdampf-DIAL zur dreidimensional hochaufgelösten Messung des atmosphärischen Wasserdampfs entwickelt werden. Mit dem Wasserdampf-DIAL können Wasserdampfkonzentrationen in der Atmosphäre mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gemessen werden. Das DIAL basiert auf einem Titan-Saphir-Laser oder einem dazu alternativen OPO-Laser (optisch parametrischer Oszillator). Der für das optische Pumpen dieser Laser nötige Pumplaser wurde im Rahmen dieser Arbeit in der Arbeitsgruppe Nichtlineare Optik des Instituts für Physik der Universität Potsdam entwickelt. Ein hochauflösendes, mobiles DIAL erfordert einen Pumplaser mit großen Pulsenergien, guter Strahlqualität und einer hohen Effizienz. Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein MOPA-System (Master Oscillator Power Amplifier) mit Frequenzstabilisierung auf der Basis von doppelbrechungskompensierten, transversal diodengepumpten Laserstäben entwickelt und untersucht. Auf dem Weg dahin wurden unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten des MOPA-Systems geprüft. Im Rahmen dessen wurden die Festkörperlasermaterialien Yb:YAG [1], kerndotierte Nd:YAG-Keramik [2] und herkömmliches Nd:YAG vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für dieses MOPA-System untersucht. Nachdem die Entscheidung für Nd:YAG als laseraktives Material gefallen war, konnte darauf aufbauend die Konzeptionierung des Lasersystems auf der Basis von Verstärkungsrechnungen vorgenommen werden. Die entwickelte Verstärkungsrechnung trägt den Tatbeständen von realen Systemen Rechnung, indem radiusabhängige Intensitäten und eine radiale, nicht homogene Inversionsdichte berücksichtigt werden. Die Frequenzstabilisierung des gepulsten Oszillators (Frequenzstabilität von 1 MHz) wurde mittels des Pound-Drever-Hall-Verfahrens vorgenommen. Mit der Heterodynmethode wird die Frequenzstabilität des Oszillators gemessen. Nach Untersuchungen über verschiedene Konfigurationen für lineare und ringförmige Oszillatoren, wurde ein Ringoszillator mit zwei Laserköpfen aufgebaut, in welchen von außen mit einem Laser fester Frequenz eingestrahlt wird. Dieser emittiert bei einer Wiederholrate von 400 Hz eine Pulsenergie von Eout = 21 mJ bei nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualität (M2 < 1,2). Die Verstärkung dieser Laserpulse erfolgte zunächst durch eine Vorverstärkerstufe und anschließend durch zwei doppelbrechungskompensierte Hauptverstärker im Doppeldurchgang. Eine gute Strahlqualität (M2 = 1,75) konnte unter anderem erzielt werden, indem der Doppeldurchgang durch die Hauptverstärker mit einem phasenkonjugierenden Spiegel (SF6), auf der Basis der stimulierten Brillouin Streuung, realisiert wurde. Der entwickelte Laser emittiert Pulse mit einer Länge von 25 ns und einer Energie von 250 mJ. Insgesamt wurde ein bisher einmaliges Lasersystem entwickelt. In der Literatur sind die erreichte Frequenzstabilität, Strahlqualität und Leistung in dieser Kombination bisher nicht dokumentiert. In der Zukunft soll durch den Einsatz von kerndotierten, keramischen Lasermaterialien, höheren Pumpleistungen der Hauptverstärker und phasenkonjugierenden Spiegeln aus Quarz die Pulsenergie des Systems weiter erhöht werden. [1] M. Ostermeyer, A. Straesser, “Theoretical investigation of Yb:YAG as laser material for nanosecond pulse emission with large energies in the joule range”, Optics Communications, Vol. 274, pp. 422-428 (2007) [2] A. Sträßer and M. Ostermeyer, “Improving the brightness of side pumped power amplifiers by using core doped ceramic rods”, Optics Express, Vol. 14, pp. 6687- 6693 (2006)
N2  - Vapour in the stratosphere and troposphere is one of the most important atmospheric greenhouse gases. Apart from its importance for the climate it has a great influence on the formation of polar stratospheric clouds as well as the atmospheric chemistry. A German research group is currently developing the world’s first powerful, mobile, screening vapour-DIAL, which can measure the atmospheric vapour three-dimensionally and in high resolution. Vapour concentrations in the atmosphere can be measured in high temporal and local resolution with this vapour-DIAL. The DIAL is based on a titan-saphire-laser or an alternative OPO-laser (Optical Parametric Oscillator). The seeding-laser, which is needed in order to seed those lasers, was developed in the course of this work by the research group for nonlinear optics in the institute for physics at the University of Potsdam. A highly-resolutive, mobile DIAL needs a seeding-laser with high pulse energy, excellent beam quality and high efficiency. In order to realise this, a frequency stabilised MOPA-System (Master Oscillator Power Amplifier) was developed, which based on birefringence-compensated, transversally diode-pumped laser rods. During the research process several ways to realise the MOPA-System were investigated. In this process the solid laser materials Yb:YAG [1], core-doped Nd:YAG-Ceramics [2] und conventional Nd:YAG were introduced and their suitability for the MOPA-System was investigated. After the choice for Nd:YAG as laser-active material was made, the concept of the laser-system could be developed based on amplification-calculations. The amplification-calculation meets the requirements of real systems, because intensities depending on diameter and a radial, non-homogeneous inversion density are being taken into consideration. The frequency of the pulsed oscillator (frequency stabilisation of 1 MHz) was stabilised by means of the Pound-Drever-Hall-Method. The frequency stability of the oscillator is measured using the Heterodyn-Method. After the investigation of different configurations for linear and circular oscillators a circular oscillator with two laser heads was set up, which is injection-seeded by a second laser with a stable frequency. At a repetition rate of 400 Hz the circular oscillator emits a pulse energy of Eout = 21 mJ with almost diffraction-limited beam quality (M2 < 1.2). These laser pulses were first amplified by a pre-amplifier and afterwards by two birefringence compensated main-amplifier in doublepass. Among other factors, an excellent beam quality (M2 = 1.75) could be reached by the doublepass through the main amplifier realised with a phase conjugating mirror (SF6) based on stimulated Brillouin-scattering. The developed laser emits pulses that are of 25 ns length and have an energy of 250 mJ. A currently unique laser system was developed. In the research findings there are no previous documents of the combination of the reached stability of frequency, beam quality and power in one system. In the future the pulse energy of the system is to be further increased through the use of core-doped, ceramic laser material, a higher pump power of the main amplifiers and phase-conjugating mirrors made of quartz. [1] M. Ostermeyer, A. Straesser, “Theoretical investigation of Yb:YAG as laser material for nanosecond pulse emission with large energies in the joule range”, Optics Communications, Vol. 274, pp. 422-428 (2007) [2] A. Sträßer and M. Ostermeyer, “Improving the brightness of side pumped power amplifiers by using core doped ceramic rods”, Optics Express, Vol. 14, pp. 6687- 6693 (2006)
KW  - Festkörperlaser
KW  - Frequenzstabilisierung
KW  - MOPA
KW  - solid state Laser
KW  - frequency stabilisation
KW  - MOPA
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17496
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TY  - THES
A1  - Bleßmann, Daniela
T1  - Der Einfluss der Dynamik auf die stratosphärische Ozonvariabilität über der Arktis im Frühwinter
T1  - Dynamical influence on stratospheric ozone variability over the Arctic in early winter
N2  - Der frühwinterliche Ozongehalt ist ein Indikator für den Ozongehalt im Spätwinter/Frühjahr. Jedoch weist dieser aufgrund von Absinkprozessen, chemisch bedingten Ozonabbau und Wellenaktivität von Jahr zu Jahr starke Schwankungen auf. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese Variabilität weitestgehend auf dynamische Prozesse während der Wirbelbildungsphase des arktischen Polarwirbels zurückgeht. Ferner wird der bisher noch ausstehende Zusammenhang zwischen dem früh- und spätwinterlichen Ozongehalt bezüglich Dynamik und Chemie aufgezeigt. Für die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der im Polarwirbel eingeschlossenen Luftmassenzusammensetzung und Ozonmenge wurden Beobachtungsdaten von Satellitenmessinstrumenten und Ozonsonden sowie Modellsimulationen des Lagrangschen Chemie/Transportmodells ATLAS verwandt. Die über die Fläche (45–75°N) und Zeit (August-November) gemittelte Vertikalkomponente des Eliassen-Palm-Flussvektors durch die 100hPa-Fläche zeigt eine Verbindung zwischen der frühwinterlichen wirbelinneren Luftmassenzusammensetzung und der Wirbelbildungsphase auf. Diese ist jedoch nur für die untere Stratosphäre gültig, da die Vertikalkomponente die sich innerhalb der Stratosphäre ändernden Wellenausbreitungsbedingungen nicht erfasst. Für eine verbesserte Höhendarstellung des Signals wurde eine neue integrale auf der Wellenamplitude und dem Charney-Drazin-Kriterium basierende Größe definiert. Diese neue Größe verbindet die Wellenaktivität während der Wirbelbildungsphase sowohl mit der Luftmassenzusammensetzung im Polarwirbel als auch mit der Ozonverteilung über die Breite. Eine verstärkte Wellenaktivität führt zu mehr Luft aus niedrigeren ozonreichen Breiten im Polarwirbel. Aber im Herbst und Frühwinter zerstören chemische Prozesse, die das Ozon ins Gleichgewicht bringen, die interannuale wirbelinnere Ozonvariablität, die durch dynamische Prozesse während der arktischen Polarwirbelbildungsphase hervorgerufen wird. Eine Analyse in Hinblick auf den Fortbestand einer dynamisch induzierten Ozonanomalie bis in den Mittwinter ermöglicht eine Abschätzung des Einflusses dieser dynamischen Prozesse auf den arktischen Ozongehalt. Zu diesem Zweck wurden für den Winter 1999–2000 Modellläufe mit dem Lagrangesche Chemie/Transportmodell ATLAS gerechnet, die detaillierte Informationen über den Erhalt der künstlichen Ozonvariabilität hinsichtlich Zeit, Höhe und Breite liefern. Zusammengefasst, besteht die dynamisch induzierte Ozonvariabilität während der Wirbelbildungsphase länger im Inneren als im Äußeren des Polarwirbels und verliert oberhalb von 750K potentieller Temperatur ihre signifikante Wirkung auf die mittwinterliche Ozonvariabilität. In darunterliegenden Höhenbereichen ist der Anteil an der ursprünglichen Störung groß, bis zu 90% auf der 450K. Innerhalb dieses Höhenbereiches üben die dynamischen Prozesse während der Wirbelbildungsphase einen entscheidenden Einfluss auf den Ozongehalt im Mittwinter aus.
N2  - The ozone amount in early winter provides an indication of the ozone amount in late winter/early spring. The early winter amount is highly variable from year to year due to modification by subsidence, chemical loss and wave activity. This thesis shows that this variability is mainly caused by the dynamics during the Arctic polar vortex formation. Furthermore, it explains the still missing link between early and late winter ozone amount due to dynamics and chemistry. Observational ozone data from satellite based instruments, ozone probes and simulations are used for the investigation of the connection between the composition of the air and the ozone enclosed in the polar vortex. The simulations are calculated with the Lagrangian chemistry/transport model ATLAS. The over area (45–75°N) and time (August-November) averaged vertical component of the Eliassen-Palm flux at 100hPa points to a link between the early winter composition of the air enclosed in the polar vortex and the vortex formation phase. This is only valid for the lower stratosphere, because the component does not satisfy changing conditions for wave propagation throughout the stratosphere by itself. Due to this deficit a new integral quantity based on wave amplitude and properties of the Charney-Drazin criterion is defined to achieve an improvement with height. This new quantity connects the wave activity during vortex formation to the composition of air inside the vortex as well as the distribution of ozone over latitude. An enhanced wave activity leads to a higher proportion of ozone rich air from lower latitudes inside the polar vortex. But chemistry in autumn and early winter removes the interannual variability in the amount of ozone enclosed in the vortex induced by dynamical processes during the formation phase of the Artic polar vortex because ozone relaxes towards equilibrium. An estimation of how relevant these variable dynamical processes are for the Arctic winter ozone abundances is obtained by analysing which fraction of dynamically induced anomalies in ozone persists until mid winter. Model runs with the Lagrangian Chemistry-Transport-Model ATLAS for the winter 1999–2000 are used to assess the fate of ozone anomalies artificially introduced during the vortex formation phase. These runs provide detailed information about the persistence of the induced ozone variability over time, height and latitude. Overall, dynamically induced ozone variability from the vortex formation phase survives longer inside the polar vortex compared to outside and can not significantly contribute to mid-winter variability at levels above 750K potential temperature level. At lower levels increasingly larger fractions of the initial perturbation survive, reaching 90% at 450K potential temperature level. In this vertical range dynamical processes during the vortex formation phase are crucial for the ozone abundance in mid-winter.
KW  - Stratosphäre
KW  - Ozon
KW  - Variabilität
KW  - Dynamik
KW  - Chemie-Transport-Modell
KW  - stratosphere
KW  - ozone
KW  - variability
KW  - dynamics
KW  - chemistry-transport-model
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51394
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TY  - THES
A1  - Fischer, Jost Leonhardt
T1  - Nichtlineare Kopplungsmechanismen akustischer Oszillatoren am Beispiel der Synchronisation von Orgelpfeifen
T1  - Nonlinear coupling mechanisms of acoustical oscillators using the example of synchronization of organ pipes
N2  - In dieser Arbeit werden nichtlineare Kopplungsmechanismen von akustischen Oszillatoren untersucht, die zu Synchronisation führen können. Aufbauend auf die Fragestellungen vorangegangener Arbeiten werden mit Hilfe theoretischer und experimenteller Studien sowie mit Hilfe numerischer Simulationen die Elemente der Tonentstehung in der Orgelpfeife und die Mechanismen der gegenseitigen Wechselwirkung von Orgelpfeifen identifiziert. Daraus wird erstmalig ein vollständig auf den aeroakustischen und fluiddynamischen Grundprinzipien basierendes nichtlinear gekoppeltes Modell selbst-erregter Oszillatoren für die Beschreibung des Verhaltens zweier wechselwirkender Orgelpfeifen entwickelt. Die durchgeführten Modellrechnungen werden mit den experimentellen Befunden verglichen. Es zeigt sich, dass die Tonentstehung und die Kopplungsmechanismen von Orgelpfeifen durch das entwickelte Oszillatormodell in weiten Teilen richtig beschrieben werden. Insbesondere kann damit die Ursache für den nichtlinearen Zusammenhang von Kopplungsstärke und Synchronisation des gekoppelten Zwei-Pfeifen Systems, welcher sich in einem nichtlinearen Verlauf der Arnoldzunge darstellt, geklärt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird der Einfluss des Raumes auf die Tonentstehung bei Orgelpfeifen betrachtet. Dafür werden numerische Simulationen der Wechselwirkung einer Orgelpfeife mit verschiedenen Raumgeometrien, wie z. B. ebene, konvexe, konkave, und gezahnte Geometrien, exemplarisch untersucht. Auch der Einfluss von Schwellkästen auf die Tonentstehung und die Klangbildung der Orgelpfeife wird studiert. In weiteren, neuartigen Synchronisationsexperimenten mit identisch gestimmten Orgelpfeifen, sowie mit Mixturen wird die Synchronisation für verschiedene, horizontale und vertikale Pfeifenabstände in der Ebene der Schallabstrahlung, untersucht. Die dabei erstmalig beobachteten räumlich isotropen Unstetigkeiten im Schwingungsverhalten der gekoppelten Pfeifensysteme, deuten auf abstandsabhängige Wechsel zwischen gegen- und gleichphasigen Sychronisationsregimen hin. Abschließend wird die Möglichkeit dokumentiert, das Phänomen der Synchronisation zweier Orgelpfeifen durch numerische Simulationen, also der Behandlung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen mit entsprechenden Rand- und Anfangsbedingungen, realitätsnah abzubilden. Auch dies stellt ein Novum dar.
N2  - In this work non-linear coupling mechanisms in acoustic oscillator systems are examined which can lead to synchronization phenomena. This mechanisms are investigated in particular on organ pipes. Building up on the questions of preceding works the elements of the sound generation are identified using detailed experimental and theoretical studies, as well as numerical simulations. Furthermore the organ pipes interaction mechanisms of the mutual coupling are developed. This leads to a non-linear coupled oscillator model which is developed on the aeroacoustical and fluiddynamical first principles. The carried out model calculations are compared to the experimental results from preceding works. It appears that the sound generation and the coupling mechanisms are properly described by the developed nonlinear coupled model of self-sustained oscillators. In particular the cause can be cleared with it for the non-linear edges of the Arnold tongue of the coupled two-pipe system. With the new knowledge the influence of various space geometries on the sound generation of organ pipes is investigated. With numerical simulations the interaction of an organ pipe and different space geometries, like plane, convex, concave, and ridged geometry is studied. Also the influence of so called swell boxes on the sound generation and the sound pattern of the organ pipe is studied. In further new synchronization experiments with precisely equally tuned pairs of organ pipes, as well as with mixtures the synchronization is examined for various grids of horizontal and vertical pipe distances in the 2D-plane of sound radiation. The spatial discontinuities observed in the oscillation behaviour of the coupled pipe systems, point to changes between anti-phase and in-phase regimes of sychronization depending on pipes distances. Finally the possibility is documented to describe the phenomenon of the synchronization of two organ pipes realisticaly by solving the compressible Navier-Stokes equations numerically.
KW  - Synchronisation
KW  - Orgelpfeifen
KW  - Simulation
KW  - Experiment
KW  - Modell
KW  - synchronization
KW  - organ pipes
KW  - simulation
KW  - experiment
KW  - model
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71975
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TY  - THES
A1  - Seewald, Gunter
T1  - Lineare und nichtlineare optische Untersuchungen am synthetischen Eumelanin und Entwicklung eines Kaskadenmodells
T1  - Linear and nonlinear optical examinations of synthetical eumelanin and development of a cascade model
N2  - Eumelanin ist ein Fluorophor mit teilweise recht ungewöhnlichen spektralen Eigenschaften. Unter anderem konnten in früheren Veröffentlichungen Unterschiede zwischen dem 1- und 2-photonen-angeregtem Fluoreszenzspektrum beobachtet werden, weshalb im nichtlinearen Anregungsfall ein schrittweiser Anregungsprozess vermutet wurde. Um diese und weitere optische Eigenschaften des Eumelanins besser zu verstehen, wurden in der vorliegenden Arbeit vielfältige messmethodische Ansätze der linearen und nichtlinearen Optik an synthetischem Eumelanin in 0,1M NaOH verfolgt. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell abgeleitet, welches die beobachteten photonischen Eigenschaften konsistent beschreibt. In diesem kaskadierten Zustandsmodell (Kaskaden-Modell) wird die aufgenommene Photonenenergie schrittweise von Anregungszuständen hoher Übergangsenergien zu Anregungszuständen niedrigerer Übergangsenergien transferiert. Messungen der transienten Absorption ergaben dominante Anteile mit kurzen Lebensdauern im ps-Bereich und ließen damit auf eine hohe Relaxationsgeschwindigkeit entlang der Kaskade schließen. Durch Untersuchung der nichtlinear angeregten Fluoreszenz von verschieden großen Eumelanin-Aggregaten konnte gezeigt werden, dass Unterschiede zwischen dem linear und nichtlinear angeregten Fluoreszenzspektrum nicht nur durch einen schrittweisen Anregungsprozess bei nichtlinearer Anregung sondern auch durch Unterschiede in den Verhältnissen der Quantenausbeuten zwischen kleinen und großen Aggregaten beim Wechsel von linearer zu nichtlinearer Anregung begründet sein können. Durch Bestimmung des Anregungswirkungsquerschnitts und der Anregungspulsdauer-Abhängigkeit der nichtlinear angeregten Fluoreszenz von Eumelanin konnte jedoch ein schrittweiser 2-Photonen-Anregungsprozess über einen Zwischenzustand mit Lebendsdauern im ps-Bereich nachgewiesen werden.
N2  - Eumelanin is a fluorophor with some special spectral properties. In earlier publications for instance a difference between 1- and 2-photons-excited fluorescence (OPEF and TPEF) was observed. Therefore in the nonlinear case a stepwise excitation process was supposed. In this thesis extensive linear and nonlinear optical examinations of synthetical Eumelanin / 0,1M NaOH were done in order to reach a better understanding of this and further optical properties. A theoretical model could be formulated that describes the measured fluorescence behaviour consistently. In this so called cascade model the photonic energy of the excited molecule relaxes by a stepwise energy transfer between a multitude of electronic states with continuously decreasing energy. Examination of the nonlinear excited fluorescence of different aggregate sizes showed, that differences between the spectra of linear and nonlinear excited fluorescence can not only be explained by an stepwise excitation process by nonlinear excitation but also by the difference in the relation of quantum yields between smaller and bigger aggregates by the change from linear to nonlinear excitation. In spite of this a stepwise 2-photons-excitation-process via an intermediate state with a lifetime in the picosecond-range had also been proved by determinations of the excitation cross section and the TPEF-intensity dependency on the pulse duration.
KW  - synthetisches Eumelanin
KW  - Kaskade
KW  - Zustandsmodell
KW  - Transiente Absorption
KW  - Nichtlinear angeregte Fluoreszenz
KW  - synthetic eumelanin
KW  - cascade
KW  - state model
KW  - transient absorption
KW  - nonlinear excited fluorescence
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59967
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TY  - THES
A1  - Kurcz, Andreas
T1  - Qed in periodischen und absorbierenden Medien
T1  - Qed in periodic and lossy media
N2  - Das Strahlungsfeld in einem absorbierenden, periodischen Dielektrikum ist kanonisch quantisiert worden. Dabei wurde ein eindimensionales Modell mit punktförmigen Streuern betrachtet, deren Polarisierbarkeit den Kramers-Kronig Relationen gehorcht. Es wurde ein Quantisierungsverfahren nach Knöll, Scheel und Welsch [1] verwendet, das als eine Ergänzung zum mikroskopischen Huttner-Barnett Schema [2] aufgefaßt werden kann und in dem auf der Basis der phänomenologischen Maxwell Gleichungen eine bosonische Rauschpolarisation als die Quelle des Feldes auftritt. Das Problem reduziert sich dabei auf die Bestimmung der klassischenGreens Funktion. Die Kramers-Kronig Relationen der komplexen Polarisierbarkeit der Punktstreuer sichert die korrekte Verknüpfung zwischen Dispersion und Absorption. Der Punktstreuer ist dabei ein idealisiertes Modell, um periodische Hintergrundmedien, denen das Strahlungsfeld ausgesetzt ist, zu beschreiben. Er bedarf jedoch eines Kompromisses, um die entsprechenden Rauschquellen zu konstruieren. Es konnte gezeigt werden, daß der Punktstreuer dasselbe Streuverhalten wie eine dünne Potentialschwelle besitzt und damit die technischen Schwierigkeiten für den Fall eines absorptiven Punktstreuers überwunden werden können. An Hand dieses Beispiels konnte das Quantisierungsschema nach Knöll, Scheel und Welsch auf periodische und absorbierende Strukturen angewendet werden. Es ist bekannt, daß die Bestimmung der Modenstruktur für den Fall der Modenzerlegung des Strahlungsfeldes ein rein klassisches Problem darstellt. Mit Ausnahme des Vakuums ist eine zweckmäßige Modenzerlegung nur dann durchführbar, wenn mit einer reellen Polarisierbarkeit die Absorption vernachlässigt werden kann. Aus den Kramers-Kronig Relationen wird klar, daß solch eine Annahme nur in bestimmten Intervallen des Frequenzspektrums gerechtfertigt werden kann. Es wurde gezeigt, daß auch das quantisierte Strahlungsfeld in Anwesenheit der Punktstreuer in eben solchen Intervallen in Quasimoden entwickelt werden kann, wenn man neue Quasioperatoren als Erzeuger und Vernichter einführt. Die bosonischen Vertauschungsrelationen dieser Operatoren konnten bestätigt werden. Die allgemeine Vertauschungsrelation kanonisch konjugierter Variablen im Sinne der kanonischen Quantisierung kann für das elektrische Feld und das Vektorpotential beibehalten werden. In der Greens Funktion sind sämtliche Informationen über die dispersiven und absorptiven Eigenschaften des Dielektrikums sowie über die räumliche Struktur enthalten. Die wesentlichen Merkmale werden dabei durch den Reflexionskoeffizienten nach Boedecker und Henkel [3] bestimmt, der das Reflexionsverhalten an einem unendlich ausgedehnten Halbraum aus periodisch angeordneten Punktstreuern beschreibt. Mit Hilfe des Transfermatrixformalismus war es möglich einen allgemeinen Zugang zum Reflexionsverhalten zunächst endlicher Strukturen zu erhalten. Die Ausdehnung auf den Halbraum mit Hilfe der Klassifizierung in Untergruppen der Transfermatrizen nach ermöglichte es, den Reflexionskoeffizienten nach Boedecker und Henkel [3] auch geometrisch plausibel zu machen. Ein wesentlicher Aspekt von periodischen Systemen ist die Translationssymmetrie, die im Fall unendlich ausgedehnter, verlustfreier Systeme auf eine ideale Bandstruktur führt. Mit Hilfe der Untergruppenklassifizierung kann im verlustfreien Fall die Geometrie der Anordnung indirekt mit der Bandstruktur verknüpft werden. Es konnte nachgewiesen werden, daß auch der einzelne Punktstreuer immer in einer dieser Untergruppen zu finden ist. Dabei besitzt die Bandstruktur der unendlich periodischen Anordnung dieser Streuer immer eine von der Polarisierbarkeit abhängige Bandkante und eine von der Polarisierbarkeit unabhängige Bandkante. Die Bandstruktur, die mit den verlustbehafteten Feldern einhergeht, ist eine doppelt komplexe. Alternativ zu dieser nur schwer zu interpretierenden Bandstruktur wurden die Feldfluktuationen selektiv nach reellen Frequenzen und Wellenzahlen sondiert. Es zeigt sich, daß Absorption besonders in der Nähe der Bandkanten die Bänder verbreitert. Die Ergebnisse, die mit Hilfe der lokalen Zustandsdichtefunktion gewonnen wurden, konnten dabei bestätigt werden. [1] S. Scheel, L. Knöll and D. G. Welsch, Phys.Rev. A 58, 700 (1998). [2] B. Huttner and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 46, 4306 (1992). [3] G. Boedecker and C. Henkel, OPTICS EXPRESS 11, 1590 (2003).
N2  - A canonical scheme based on the phenomenological Maxwell equations in the presence of dielectric matter is used to quantize the electromagnetic field in a periodic and lossy linear dielectric. We focus on a one-dimensional model of point scatterers with given frequency-dependent complex permittivity, and construct an expansion of the field operators that is based on the Green function and preserves the canonical equal-time commutation relations. Translation symmetry is secured by working with an infinite lattice. The impact of absorption is examined using the local density of states and the decay rate of a phase-coherent dipole chain located inside the structure. Incidentally the model is used to bring about a geometrical interpretation of the reflection from multilayers
KW  - Quantenelektrodynamik
KW  - Quantenoptik
KW  - Photonische Kristalle
KW  - Gitterstreuung
KW  - Mehrfachstreuung
KW  - Electromagnetic Theory
KW  - Quantum Optics
KW  - Photonic Crystals
KW  - Gratings
KW  - Multiple Scattering
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-35280
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TY  - THES
A1  - Stock, Maria
T1  - Charakterisierung der troposphärischen Aerosolvariabilität in der europäischen Arktis
T1  - Characterization of tropospheric aerosol variability in the european Arctic
N2  - Auf der Grundlage von Sonnenphotometermessungen an drei Messstationen (AWIPEV/ Koldewey in Ny-Ålesund (78.923 °N, 11.923 °O) 1995–2008, 35. Nordpol Driftstation – NP-35 (84.3–85.5 °N, 41.7–56.6 °O) März/April 2008, Sodankylä (67.37 °N, 26.65 °O) 2004–2007) wird die Aerosolvariabilität in der europäischen Arktis und deren Ursachen untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Frage des Zusammenhanges zwischen den an den Stationen gemessenen Aerosolparametern (Aerosol optische Dicke, Angström Koeffizient, usw.) und dem Transport des Aerosols sowohl auf kurzen Zeitskalen (Tagen) als auch auf langen Zeitskalen (Monate, Jahre). Um diesen Zusammenhang herzustellen, werden für die kurzen Zeitskalen mit dem Trajektorienmodell PEP-Tracer 5-Tage Rückwärtstrajektorien in drei Starthöhen (850 hPa, 700 hPa, 500 hPa) für die Uhrzeiten 00, 06, 12 und 18 Uhr berechnet. Mit Hilfe der nicht-hierarchischen Clustermethode k-means werden die berechneten Rückwärtstrajektorien dann zu Gruppen zusammengefasst und bestimmten Quellgebieten und den gemessenen Aerosol optischen Dicken zugeordnet. Die Zuordnung von Aerosol optischer Dicke und Quellregion ergibt keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Transport verschmutzter Luftmassen aus Europa oder Russland bzw. Asien und erhöhter Aerosol optischer Dicke. Dennoch ist für einen konkreten Einzelfall (März 2008) ein direkter Zusammenhang von Aerosoltransport und hohen Aerosol optischen Dicken nachweisbar. In diesem Fall gelangte Waldbrandaerosol aus Südwestrussland in die Arktis und konnte sowohl auf der NP-35 als auch in Ny-Ålesund beobachtet werden. In einem weiteren Schritt wird mit Hilfe der EOF-Analyse untersucht, inwieweit großskalige atmosphärische Zirkulationsmuster für die Aerosolvariabilität in der europäischen Arktis verantwortlich sind. Ähnlich wie bei der Trajektorienanalyse ist auch die Verbindung der atmosphärischen Zirkulation zu den Photometermessungen an den Stationen in der Regel nur schwach ausgeprägt. Eine Ausnahme findet sich bei der Betrachtung des Jahresganges des Bodendruckes und der Aerosol optischen Dicke. Hohe Aerosol optische Dicken treten im Frühjahr zum einen dann auf, wenn durch das Islandtief und das sibirische Hochdruckgebiet Luftmassen aus Europa oder Russland/Asien in die Arktis gelangen, und zum anderen, wenn sich ein kräftiges Hochdruckgebiet über Grönland und weiten Teilen der Arktis befindet. Ebenso zeigt sich, dass der Übergang zwischen Frühjahr und Sommer zumindest teilweise bedingt ist durch denWechsel vom stabilen Polarhoch im Winter und Frühjahr zu einer stärker von Tiefdruckgebieten bestimmten arktischen Atmosphäre im Sommer. Die geringere Aerosolkonzentration im Sommer kann zum Teil mit einer Zunahme der nassen Deposition als Aerosolsenke begründet werden. Für Ny-Ålesund wird neben den Transportmustern auch die chemische Zusammensetzung des Aerosols mit Hilfe von Impaktormessungen an der Zeppelinstation auf dem Zeppelinberg (474m ü.NN) nahe Ny-Ålesund abgeleitet. Dabei ist die positive Korrelation der Aerosoloptischen Dicke mit der Konzentration von Sulfationen und Ruß sehr deutlich. Beide Stoffe gelangen zu einem Großteil durch anthropogene Emissionen in die Atmosphäre. Die damit nachweisbar anthropogen geprägte Zusammensetzung des arktischen Aerosols steht im Widerspruch zum nicht eindeutig herstellbaren Zusammenhang mit dem Transport des Aerosols aus Industrieregionen. Dies kann nur durch einen oder mehrere gleichzeitig stattfindende Transformationsprozesse (z. B. Nukleation von Schwefelsäurepartikeln) während des Transportes aus den Quellregionen (Europa, Russland) erklärt werden.
N2  - On the base of sun photometer measurements conducted at three different research stations (AWIPEV/Koldewey in Ny-Ålesund (78.923 °N, 11.923 °E) 1995-2008, 35. Northpole Drifting Station – NP-35 (84.3–85.5 °N, 41.7–56.6 °E) March/April 2008, Sodankylä (67.37 °N, 26.65 °E) 2004-2007) the aerosol variability in the european Arctic and their cause is analyzed. The main focus is to quantify the correlation between the measured aerosol parameters (aerosol optical depth, Angström coefficient, etc.) and the transport of aerosol from Europe and Russia on short timescales (days) as well as on long timescales (months, years). For the short timescales 5-day backward trajectories were calculated with the trajectory model PEP-Tracer at three different starting heights (850 hPa, 700 hPa, 500 hPa) four times the day (00:00, 06:00, 12:00, 18:00 UTC). Afterwards the non-hierarchical cluster method k-means is used to group the backward trajectories in differend aerosol source regions and allocate to the respective sun photometer measurements. This allocation of aerosol source region and sun photometer measurements does not show a correlation between polluted air mass of european or russian/asian origin and enhanced aerosol optical depth. However, in one case (March 2008) a clear influence of anthropogenic aerosol on the photometer measurements occurs. In March 2008, aerosol originating at forest fires in southeast Russia was transported into the Arctic and detected over NP-35 as well as Ny-Ålesund. Furthermore, the EOF method is used to verify if large-scale atmospheric circulation patterns determine the arctic aerosol variability. However, the connection to the sun photometer measurements is very weak except for seasonal variability. It is shown, that in spring-time due to the Iclandic low and the Siberian high, air masses from Europe and Russia as well as a strong high pressure system at Greenland and most parts of the Arctic cause higher aerosol optical depths in Ny-Ålesund. The transition from spring to summer aerosol concentration can at least partially be assigned to the replacement of the stable polar high in winter and spring by low pressure systems in summer. In addition to the transport pattern, chemical composition of the scattering aerosol in Ny-Ålesund was deduced from measurements by the Zeppelin station at the Zeppelin mountain (474m above sea level) near Ny-Ålesund. A clear positive correlation between sulfate and black carbon concentration was found. Both chemicals are mostly emitted through anthropogenic processes (e.g. combustion). The verifiable anthropogenic influence on the composition of arctic aerosols disagree with the missing linkage of transport from industrial regions to aerosol optical depth. It can only be explained by one or more transformation processes (e.g. nucleation of sulfuric acid) during the transport from the source regions (Europe, Russia) to the Arctic.
KW  - Aerosol
KW  - Arktis
KW  - Trajektorien
KW  - EOF
KW  - Luftmassentransport
KW  - aerosol
KW  - Arctic
KW  - trajectories
KW  - EOF
KW  - air mass transport
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49203
ER  - 
TY  - THES
A1  - Helms, Andreas
T1  - Anwendung des Mikrogravitationslinseneffekts zur Untersuchung astronomischer Objekte
N2  - Die Untersuchung mikrogelinster astronomischer Objekte ermöglicht es, Informationen über die Größe und Struktur dieser Objekte zu erhalten. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Spektren von drei gelinsten Quasare, die mit dem Potsdamer Multi Aperture Spectrophotometer (PMAS) erhalten wurden, auf Anzeichen für Mikrolensing untersucht. In den Spektren des Vierfachquasares HE 0435-1223 und des Doppelquasares HE 0047-1756 konnten Hinweise für Mikrolensing gefunden werden, während der Doppelquasar UM 673 (Q 0142--100) keine Anzeichen für Mikrolensing zeigt. Die Invertierung der Lichtkurve eines Mikrolensing-Kausik-Crossing-Ereignisses ermöglicht es, das eindimensionale Helligkeitsprofil der gelinsten Quelle zu rekonstruieren. Dies wird im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht. Die mathematische Beschreibung dieser Aufgabe führt zu einer Volterra'schen Integralgleichung der ersten Art, deren Lösung ein schlecht gestelltes Problem ist. Zu ihrer Lösung wird in dieser Arbeit ein lokales Regularisierungsverfahren angewendet, das an die kausale Strukture der Volterra'schen Gleichung besser angepasst ist als die bisher verwendete Tikhonov-Phillips-Regularisierung. Es zeigt sich, dass mit dieser Methode eine bessere Rekonstruktion kleinerer Strukturen in der Quelle möglich ist. Weiterhin wird die Anwendbarkeit der Regularisierungsmethode auf realistische Lichtkurven mit irregulärem Sampling bzw. größeren Lücken in den Datenpunkten untersucht.
N2  - The study of microlensed astronomical objects can reveal information about the size and the structure of these objects. In the first part of this thesis we analyze the spectra of three lensed quasars obtained with the Potsdam Multi Aperture Spectrophotometer (PMAS). The spectra of the quadrupole quasar HE 0435--1223 and the double quasar HE 0047--1756 show evidence for microlensing whereas in the double quasar UM 673 (Q 0142--100) no evidence for microlensing could be found. By inverting the lightcurve of a microlensing caustic crossing event the one dimensional luminosity profile of the lensed source can be reconstructed. This is investigated in the second part of this thesis.The mathematical formulation of this problem leads to a Volterra integral equation of the first kind, whose solution is an ill-posed problem. For the solution we use a local regularization method which is better adapted to the causal structure of the Volterra integral equation compared to the so far used Tikhonov-Phillips regularization. Furthermore we show that this method is more robust on reconstructing small structures in the source profile. We also study the influence of irregular sampled data and gaps in the lightcurve on the result of the inversion.
T2  - Anwendung des Mikrogravitationslinseneffekts zur Untersuchung astronomischer Objekte
KW  - Gravitationslinseneffekt
KW  - Mikrolensing
KW  - Quasar
KW  - Regularisierung
KW  - Schlecht gestelltes Problem
KW  - gravitational lensing
KW  - microlensing
KW  - quasar
KW  - regularization
KW  - ill-posed problem
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001532
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Jung, Carl Christoph
T1  - Lichtinduzierte Generierung und Charakterisierung optischer Anisotropie. - [überarb. Diss.]
N2  - Eine Nutzung der optischen Anisotropie dünner Schichten ist vor allem für die Displaytechnologie, die optische Datenspeicherung und für optische Sicherheitselemente von hoher Bedeutung. Diese Doktorarbeit befasst sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchung von dreidimensionaler Anisotropie und dabei insbesondere mit der Untersuchung von lichtinduzierter dreidimensionaler Anisotropie in organischen dünnen Polymer-Schichten. Die gewonnenen Erkentnisse und entwickelten Methoden können wertvolle Beiträge für Optimierungsprozesse, wie bei der Kompensation der Blickwinkelabhängigkeit von Flüssigkristall-Displays, liefern. Die neue Methode der Immersions-Transmissions-Ellipsometrie (ITE) zur Untersuchung von dünneren Schichten wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Diese Methode gestattet es, in Kombination mit konventioneller Reflexions- und Transmissionsellipsometrie, die absoluten dreidimensionalen Brechungsindices einer biaxialen Schicht zu bestimmen. Erstmals gelang es damit, das dreidimensionale Brechungsindexellipsoid von transparenten, dünneren (150 nm) Filmen hochgenau (drei Stellen hinter dem Komma) zu bestimmen. Die ITE-Methode hat demzufolge das Potential, auch bei noch dünneren Schichten mit Gewinn eingesetzt werden zu können. Die lichtinduzierte Generierung von dreidimensionaler Anisotropie wurde in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen, amorphen und flüssig-kristallinen Homo- und Copolymeren untersucht. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen zur Änderung von lichtinduzierten, dreidimensionalen Anisotropien in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen Polymeren bei Tempern oberhalb der Glastemperatur durchgeführt. Bei vielen der untersuchten Polymere war die dreidimensionale Ordnung nach dem Bestrahlen mit polarisiertem Licht und anschließendem Tempern oberhalb der Glastemperatur scheinbar von der Schichtdicke abhängig. Die Ursache liegt wohl in der, mit der neuentwickelten ITE-Methode detektierten, planaren Ausgangsorientierung der aufgeschleuderten dünneren Schichten. Um Verkippungs-Gradienten in dickeren Polymerschichten in ihrem Verlauf zu bestimmen, wurde eine spezielle Methode unter Benutzung der Wellenleitermoden-Spektroskopie entwickelt. Quantenchemisch bestimmte, maximal induzierbare Doppelbrechungen in flüssig-kristallinen Polymeren wurden mit den experimentell gefundenen Ordnungen verglichen.
N2  - The optical anisotropy of thin films is of great interest mainly in the display technology, the optical data storage and for optical security elements. The topic of this thesis was the theoretical and experimental investigation of three-dimensional anisotropy and especially the investigation of light-induced three-dimensional anisotropy in thin organic polymer films. The results and newly developed methods can contribute significantly to technical optimisation processes, e. g. for the compensation of the viewing angle dependence of liquid crystal displays. The new method of immersion-transmission-ellipsometry (ITE) for the investigation of thinner layers was developed in the course of this PhD. The new method allows to determine the absolute three-dimensional refractive indices of a biaxial film. For the first time it has been possible to determine the three-dimensional indicatrix of transparent, 150 nm thin films with an accuracy of three digits after the decimal point. The ITE-method therefore has the potential to be used for the investigation of even thinner films. The light-induced generation of three-dimensional anisotropy was investigated in thin films of azobenzene-containing and cinnamate containing, amorphous and liquid crystalline homo- and copolymers. For the first time, quantitative investigations of the changes of light-induced, three-dimensional anisotropies in thin films of azobenzene containing and cinnamate containing polymers, that were brought about by annealing above the glass transition temperatures, were carried out. For many of the investigated polymers the three-dimensional order after irradiation with polarised light and subsequent annealing above the glass transition temperature seemed to be dependent on the film thickness. The reason could be the planar initial order of the spin-coated thinner films, which was detected with the new ITE-method. For the characterisation of tilt gradients in thicker polymer films a special method using waveguide spectroscopy was developed.  Quantum chemically determined maximal values of inducible birefringence were compared with the experimentally determined values.
KW  - Anisotropie
KW  - Photoorientierung
KW  - Photoalignment
KW  - dünne Schichten
KW  - 3D
KW  - Ellipsometrie
KW  - Kompensatoren
KW  - Wellenleiter
KW  - Displays
KW  - Fluoreszenz
KW  - anisotropy
KW  - photo-orientation
KW  - photoalignment
KW  - thin films
KW  - 3D
KW  - ellipsometry
KW  - compensation films
KW  - waveguides
KW  - displays
KW  - fluorescence
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001501
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TY  - THES
A1  - Haluska, Christopher K.
T1  - Interactions of functionalized vesicles in the presence of Europium (III) Chloride
T1  - Interactions of functionalized vesicles in the Presence of Europium (III) Chloride
N2  - We incorporate amphiphilic receptors bearing ß-diketone functional units into large (LUV's) and giant unilamellar vesicles (GUV's). Electrolyte solutions containing di- and trivalent ions were used to induce inter-membrane interactions. Measurements performed with isothermal titration calorimetry (ITC) revealed that interaction between EuCl3 and ß-diketone receptors was characterized by a molar enthalpy 126 ± 5 kcal/mole and an equilibrium binding constant 26 ± 4 mM-1. The results indicate a molecular complex formed binding two ß-diketone receptors to one Eu3+ ion. Dynamic light scattering (DLS) was used to follow changes in LUV diameter indicated in an increase in vesicle size distribution of on average 20 %. Optical microscopy was employed to visualize the inter-membrane interaction measured using DLS and ITC. Depending on membrane composition of the functionalized vesicles we found that local injections of micromolar EuCl¬3 induced membrane pore formation and membrane fusion. Our collection of results leads to the conclusion that formation of intra-molecular ligand receptor complexes leads to pore formation and inter-membrane complex formation leads to membrane fusion. Detailed characterization of the fusion process shows that irreversible opening of the fusion pore can be extrapolated to times below 50 µsec. We have found that formation of membrane bound ligand (Eu3+)-receptor complexes provides versatility to the function of vesicle membranes.
N2  - Die Fusion von Membranen ist ein entscheidender Prozeß bei der Entwicklung von Zellen im Körper. Beispielsweise ist sie eine der Voraussetzungen bei der Befruchtung einer Eizelle durch ein Spermium oder für das Eindringen von Viren in eine Zelle. Membranfusion ist auch notwendig für den Stofftransport in die Zelle hinein oder aus ihr heraus. Die Membranfusion ist daher auch von praktischen Interesse auf den Gebieten der Pharmazeutik und des 'Bioengineering'. Oft muss eine Membran mit der infiziertin Zelle fusionieren, um ein Medikament an sein Zeil zu bringen. Deshalb ist ein Verständnis der Membranfusion von großem Interesse für die Entwicklung von gezielten und effizienten Methoden des 'drug delivery'. Dasselbe gilt für die gezielte Zufuhr von Genen bei der Gentherapie. Obwohl die Membranfusion schon vor nahezu 200 Jahren von dem deutschen Biologen und Mediziner Johannes Müller beobachtet wurde, liegt ein vollständiges Verständnis des Fusionsprozesses von Zellen und (Modell-) Membranen auch heute noch in weiter Ferne. Allerdings hat im letzten Jahrzehnt das Interesse für dieses Forschungsgebiet stark zugenommen. Wissenschaftler der unterschiedlichsten Disziplinen arbeiten daran, die Mechanismen der Membranfusion aufzudecken. Biologen untersuchen Proteine, die die Fusion auslösen, Chemiker entwickeln Moleküle, die die Fusion erleichtern, und Physiker versuchen die Antriebsmechanismen der Membranfusion zu verstehen. Neue Mikroskopietechniken und die hohe Rechenleistung moderner Computer helfen die molekulare und die makroskopische Welt der Membranfusion in einem Bild zusammenzufügen. Für unsere Untersuchungen haben wir Modellmembranen, die aus Lipiddoppelschichten bestehen, benutzt. Diese Membranen formen sogenannte Vesikel oder Liposomen, abgeschlossene Membrane, in denen eine bestimmte Menge an Flüssigkeit enthalten ist. Indem wir Rezeptoren in die Membran einbringen, schaffen wir funkionalisierte Vesikel, die sich differenzieren, kooperieren und selektiv reagieren können. Wir benutzen positiv geladene wasserlösliche Ionen, um Wechselwirkungen zwischen den Vesikeln zu vermitteln, und lassen die Rezeptoren und die Ionen den Fusionsprozess auslösen. Die Wechselwirkungen werden unter dem Mikroskop durch spezielle Mikromechanischn Gerätz Mikromechinerien kontrolliert. Mit Hilfe einer sehr schnellen digitale Bildaufnahmetechnik ist es uns gelungen, die Fusion unserer Modellmembranen aufzunehmen und in Echtzeit zu dokumentieren mit einer Auflösung von 50 µs. Unsere Messungen können vergleichen werden mit Computersimulationen des Fusionsprozesses. Diese Simulationen untersuchen Prozesse, die zwischen 0.1 und 1 Mikrosekunde dauern. Eine Herausforderung für die Zukunft wird es sein, die Lücke zwischen den in Experimenten (50µs) und den in Simulationen zugänglichen Zeitskalen von beiden Seiten her zu schließen.
T2  - Die Wechselwirkung von funktionalisierten Vesikeln unter Einfluß von Europium(III)-Chlorid
KW  - Biophysik
KW  - Membrane Fusion
KW  - Vesiklen
KW  - Micropipetten
KW  - Membrane fusion
KW  - giant vesicle
KW  - micropipetten
KW  - adsorption
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2482
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TY  - THES
A1  - Pietzker, Christian
T1  - In-situ Wachstumsuntersuchungen beim reaktiven Anlassen von Cu, In Schichten in elementarem Schwefel
N2  - In dieser Arbeit wurde das reaktive Anlassen von dünnen Kupfer-Indium-Schichten in elementarem Schwefel mittels energiedispersiver Röntgenbeugung untersucht. Durch die simultane Aufnahme der Röntgenspektren und der Messung der diffusen Reflexion von Laserlicht der Wellenlänge 635 nm an der Oberfläche der Probe während des Schichtwachstums von CuInS<SUB>2</SUB> konnte eine Methode zur Prozesskontrolle für ein Herstellungsverfahren von CuInS<SUB>2</SUB> etabliert werden. Die Bildung von CuInS<SUB>2</SUB> aus Kupfer-Indium-Vorläuferschichten wird dominiert von Umwandlungen der intermetallischen Phasen. CuInS<SUB>2</SUB> wächst innerhalb der Aufheizperiode ab einer Temperatur von ca. 200°C aus der Phase Cu11In9. Jedoch zerfällt letztere metallische Phase in Cu16In9 und flüssiges Indium bei einer Temperatur von ca. 310°C. Das flüssige Indium reagiert im Falle von Kupferarmut mit dem Schwefel und führt zu einem zusätzlichen Reaktionspfad über InS zu CuIn5S8. Unter Präparationsbedingungen mit Kupferüberschuss wird das Indium in einer intermetallischen Phase gebunden.Erstmals konnte die Phase Digenite bei Temperaturen über 240°C beobachtet werden. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur wandelt sich diese Phase unter dem Verbrauch von Schwefel in Covellite um.Für Proben mit Kupferüberschuss konnte eine Wachstumskinetik proportional zur Temperatur beobachtet werden. Dieses Verhalten wurde durch eine stress-induzierte Diffusion als dominierenden Reaktionsmechanismus interpretiert. Dabei werden während der Bildung von CuInS<SUB>2</SUB> durch unterschiedliche Ausdehnungen der metallischen und sulfidischen Schichten eine Spannung in der CuInS<SUB>2</SUB>-Schicht induziert, die nach Überschreiten einer Grenzspannung zu Rissen in der CuInS2-Schicht führt. Entlang dieser Risse findet ein schneller Transport der Metalle zur Oberfläche, wo diese mit dem Schwefel reagieren können, statt. Die Risse heilen durch die Bildung neuen Sulfids wieder aus.
N2  - In this work the reactive annealing of thin copper and indium films in elemental sulphur was investigated by energy dispersive X-ray diffraction. Measuring simultanously laser light diffusively reflected from the growth surface, a simple method for process monitoring could be established. The process monitoring using 635 nm laser light can now independently be used in production.The growth of CuInS<SUB>2</SUB> from copper-indium precursors is dominated by transitions between intermetallic phases. CuInS<SUB>2</SUB> growths in the heat up period above 200 °C from the phase Cu<SUB>11</SUB>In<SUB>9</SUB>. However the latter metallic phase decomposes into Cu<SUB>16</SUB>In<SUB>9</SUB> and liquid indium at a temperature of 310 °C. The liquid indium reacts in the case of copper deficiency with sulphur to InS. This leads to an additional reaction path via InS to CuIn<SUB>5</SUB>S<SUB>8</SUB>. Under preparation conditions with copper excess to the contrary, indium is bound in an intermetallic phase.For the first time the phase Digenite could be observed in a growth experiment at temperatures above 240 °C. During cool down to room temperature this phase transforms to Covellite by consumption of sulphur.For samples with copper excess a growth kinetic proportional to the temperature was observed. This behaviour is interpreted by a stress induced reaction mechanism: During the formation of CuInS<SUB>2</SUB>, strain in the CuInS<SUB>2</SUB> thin film is induced due to different expansion coefficients of the metallic and sulphurous phases. After transgression of a certain strain limit, cracks within CuInS<SUB>2</SUB> are formed. Along these cracks, fast transport of metallic species to the surface can occur. There these species can react with the sulphur. The cracks can heal up by the formation of new sulphides.
KW  - CuInS2
KW  - Chalkopyrit
KW  - Wachstum
KW  - EDXRD
KW  - LLS
KW  - elementarer Schwefel
KW  - reaktives Anlassen
KW  - CuInS2
KW  - Chalcopyrite
KW  - growth
KW  - EDXRD
KW  - LLS
KW  - elemental sulphur
KW  - reactive annealing
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001219
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tegtmeier, Susann
T1  - Variationen der stratosphärischen Residualzirkulation und ihr Einfluss auf die Ozonverteilung
T1  - Variations of the residual circulation and its impact on ozone
N2  - Die Residualzirkulation entspricht der mittleren Massenzirkulation und beschreibt die im zonalen Mittel stattfindenden meridionalen Transportprozesse. Die Variationen der Residualzirkulation bestimmen gemeinsam mit dem anthropogen verursachten Ozonabbau die jährlichen Schwankungen der Ozongesamtsäule im arktischen Frühling. In der vorliegenden Arbeit wird die Geschwindigkeit des arktischen Astes der Residualzirkulation aus atmosphärischen Daten gewonnen. Zu diesem Zweck wird das diabatische Absinken im Polarwirbel mit Hilfe von Trajektorienrechnungen bestimmt. Die vertikalen Bewegungen der Luftpakete können mit vertikalen Windfeldern oder entsprechend einem neuen Ansatz mit diabatischen Heizraten angetrieben werden. Die Eingabedaten stammen aus dem 45 Jahre langen Reanalyse-Datensatz des "European Centre for Medium Range Weather Forecast" (ECMWF). Außerdem kann für die Jahre ab 1984 die operationelle ECMWF-Analyse verwendet werden. Die Qualität und Robustheit der Heizraten- und Trajektorienrechnungen werden durch Sensitivitätsstudien und Vergleiche mit anderen Modellen untermauert. Anschließend werden umfangreiche Trajektorienensemble statistisch ausgewertet, um ein detailliertes, zeit- und höhenaufgelöstes Bild des diabatischen Absinkens zu ermitteln. In diesem Zusammenhang werden zwei Methoden entwickelt, um das Absinken gemittelt im Polarwirbel oder als Funktion der äquivalenten Breite zu bestimmen. Es wird gezeigt, dass es notwendig ist den Lagrangeschen auf Trajektorienrechnungen basierenden Ansatz zu verfolgen, da die einfachen Eulerschen Mittel Abweichungen zu den Lagrangeschen Vertikalgeschwindigkeiten aufweisen. Das wirbelgemittelte Absinken wird für einzelne Winter mit dem beobachteten Absinken langlebiger Spurengase und anderen Modellstudien verglichen. Der Vergleich zeigt, dass das Absinken basierend auf den vertikalen Windfeldern der ECMWF-Datensätze den Nettoluftmassentransport durch die Residualzirkulation sehr stark überschätzt. Der neue Ansatz basierend auf den Heizraten ergibt hingegen realistische Ergebnisse und wird aus diesem Grund für alle Rechnungen verwendet. Es wird erstmalig eine Klimatologie des diabatischen Absinkens über einen fast fünf Jahrzehnte umfassenden Zeitraum erstellt. Die Klimatologie beinhaltet das vertikal und zeitlich aufgelöste diabatische Absinken gemittelt über den gesamten Polarwirbel und Informationen über die räumliche Struktur des vertikalen Absinkens. Die natürliche Jahr-zu-Jahr Variabilität des diabatischen Absinkens ist sehr stark ausgeprägt. Es wird gezeigt, dass zwischen der ECMWF-Zeitreihe des diabatischen Absinkens und der Zeitreihe aus einem unabhängig analysierten Temperaturdatensatz hohe Korrelationen bestehen. Erstmals wird der Einfluss von Transportprozessen auf die Ozongesamtsäule im arktischen Frühling direkt quantifiziert. Es wird gezeigt, dass die Jahr-zu-Jahr Variabilität der Ozongesamtsäule im arktischen Frühling zu gleichen Anteilen durch die Variabilität der dynamischen Komponente und durch die Variabilität der chemischen Komponente beeinflusst wird. Die gefundenen Variabilitäten von diabatischem Absinken und Ozoneintrag in hohen Breiten werden mit der vertikalen Ausbreitung planetarer Wellen aus der Troposphäre in die Stratosphäre in Beziehung gesetzt.
N2  - Due to the variability of tropospheric wave activity, the strength of the residual circulation has a distinct seasonal cycle and significant year-to-year variability. The variability of the residual circulation causes interannual variations of the polar ozone layer in late winter and spring. A reverse domain filling trajectory model based on atmospheric data sets is used to calculate the strength and spatial structure of the polar branch of the residual circulation. The atmospheric data sets (ERA-40 and ECMWF Analysis) emerge from a combined analysis of Reanalysis data and a weather forecast model and are available for a time period of 47 years starting from September 1957. Two different approaches are used in the trajectory routine to calculate the vertical movement of air. The first approach is based on the vertical velocity given by "European Centre for Medium Range Weather Forecast" (ECMWF), a quantity that is derived from the divergence of the horizontal winds and that tends to be noisy. In the second approach a radiation transfer model is used to calculate the diabatic heating rates from the divergence of the net radiation flux. The derived descent from both methods is compared with measured tracer distributions from satellite data and Arctic field campaigns. The comparison shows that the second approach results in a much more realistic vertical transport. The method based on the diabatic heating rates is used to compile a climatology of the diabatic descent, averaged within the polar vortex for the Arctic winters 1957/58-2003/04. Furthermore, the climatology contains information regarding the spatial structure of the diabatic descent. The influence of the diabatic descent in the Arctic polar vortex on the total ozone column is calculated for the recent winters since 1990. It is shown that the interannual variability of the Arctic total ozone column is in equal shares caused by dynamical transport processes and by chemical ozone depletion.
KW  - Allgemeine atmosphärische Zirkulation
KW  - Ozon
KW  - Strahlungstransportmodell
KW  - Trajektorienmodell
KW  - Polarwirbel
KW  - Residual circulation
KW  - Polar ozone
KW  - Radiation transfer model
KW  - Trajectory model
KW  - Polar vortex
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-12118
ER  - 
TY  - THES
A1  - Elsner, Nils
T1  - Nanomechanik und Adhäsion von Polyelektrolytmultischicht-Hohlkapseln
T1  - Nanomechanics and adhesion of polyelectrolyte multilayer hollow capsules
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit zwei Themengebieten. Es ging zum einen um die mechanischen Eigenschaften von Polyelektrolythohlkapseln und zum anderen um die Adhäsion von Polyelektrolythohlkapseln. Die mechanischen Eigenschaften wurden mit der AFM „colloidal probe” Technik untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Kraftdeformationskurven für kleine Deformationen den nach der Schalentheorie vorhergesagten linearen Verlauf haben. Ebenso wurde die quadratische Abhängigkeit der Federkonstanten von der Dicke bestätigt. Für PAH/PSS findet man einen E-Modul von 0.25 GPa. Zusammen mit der Tatsache, dass die Deformationskurven unabhängig von der Geschwindigkeit sind und praktisch keine Hysterese zeigen, sowie der Möglichkeit die Kapseln plastisch zu deformieren, kann man schließen, dass das System in einem glasartigen Zustand vorliegt. <pt>Erwartungsgemäß zeigte der pH einen starken Einfluss auf die PEM. Während in einem pH-Bereich zwischen 2 und 11.5 keine morphologischen Änderungen festgestellt werden konnten, vergrößerte sich der Radius bei pH = 12 um bis zu 50 %. Diese Radienänderung war reversibel und ging einher mit einem sichtbaren Weicherwerden der Kapseln. Eine Abnahme des E-Moduls um mindestens drei Größenordungen wurde durch Kraftdeformationsmessungen bestätigt. Die Kraftdeformationskurven zeigen eine starke Hysterese. Das System befindet sich nun nicht mehr in einem glasartigen Zustand, sondern ist viskos bis gummiartig geworden. Messungen an Kapseln, die mit Glutardialdehyd behandelt wurden, zeigten, dass die Behandlung das pH-abhängige Verhalten verändert. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass das PAH durch den Glutardialdehyd quervernetzt wird. Bei einem hohen Quervernetzungsgrad, zeigen die Kapseln keine Änderung des mechanischen Verhaltens bei pH = 12. Schwach quervernetzte Kapseln werden immer noch signifikant weicher bei pH = 12, jedoch ändert sich der Radius nicht. Außerdem wurden Multilagenkapseln untersucht, deren Stabilität nicht auf elektrostatischen Wechselwirkungen sondern auf Wasserstoffbrückenbindungen beruhte. Diese Kapseln zeigten eine deutlich höhere Steifigkeit mit E-Modulen bis zu 1 GPa. Es wurde gefunden, dass auch dieses System für kleine Deformationen ein lineares Kraft-Deformationsverhalten zeigt, und dass die Federkonstante quadratisch von der Dicke abhängt. Die Kapseln lösen sich praktisch sofort bei pH = 6.5 auf. In der Nähe dieses pHs konnte das Abnehmen der Federkonstanten verfolgt werden. Außerdem wurde das Adhäsionsverhalten von PAH/PSS Kapseln auf mit PEI-beschichtetem Glas untersucht. Die Adhäsionsflächen waren zu einem großen Teil rund und ließen sich quantitativ auswerten. Der Adhäsionsradius nimmt mit dem Kapselradius zu und mit der Dicke ab. Das Verhalten konnte mit zwei Modellen, einem für die große und einem für die kleine Deformation beschrieben werden. Das große Deformationsmodell liefert um eine Größenordung niedrigere Adhäsionsenergien als das kleine Deformationsmodell, welches mit Werten von ‑0.2 mJ/m<sup>2 Werte in einem plausiblen Bereich liefert. Es wurde gefunden, dass bei einem Verhältnis von Dicke zu Deformation von etwa eins "buckling" auftritt. Dieser Punkt markierte zugleich den Übergang von der großen zur kleinen Deformation.
N2  - This work had two objectives. The first was to study the mechanical properties of polyelectrolyte hollow capsules depending on the pH and the wall composition utilizing the AFM colloidal probe technique. The second objective was to study the adhesion of these capsules varying the radius and thickness. It was found that the AFM colloidal probe technique can be utilized to measure the shells spring constant. The acquired deformation curves for small deformations showed the linear force deformation relation predicted by the shell theory. The stiffness of capsules composed of polyallylamine and polystyrenesulfonate scales quadratically with the thickness giving Young’s modulus of 0.25 GPa. Changing the pH had no effect concerning the morphology and the elastic properties of the afore mentioned capsules up to pH = 11.5. At pH = 12 the capsules’ radius increased between 30 % and 50 % and the elastic modulus decreased by more than one order of magnitude. This pH-change can be viewed as the glass transition of the material, being in a glassy state below pH = 11.5 and becoming rubbery at pH = 12. Introducing crosslinking into the capsule wall inhibited any morphological changes at pH = 12, while leaving the capsule stiffness sensitive for small degrees of crosslinking. It was possible to prove the quadratic thickness dependency of the stiffness for a system where the internal forces keeping together the multilayer were hydrogen bonds (poly(methacrylic acid) / poly-4-vinylpyrrolidone). These apsules are significantly stiffer than the afore mentioned ones (Young’s modulus 0.6 to 1 GPa) and show a strong reaction towards increasing the pH by dissolving within seconds. Close to the dissolution pH these capsules also exhibit a transition from a glassy to a rubbery state. Capsules composed of polyallylamine / polystyrene sulfonate adhered to polyethylene imine coated glass. The radius of the adhesion disc increased with the radius of the capsule and decreased with increasing thickness. This behaviour could be semi quantitatively described with a strong and a weak deformation model giving a value for the adhesion energy of ‑0.02 mJ/m<sup>2 for the small deformation model. At deformations of the order of the thickness, the theoretically predicted buckling was observed.
KW  - Polyelektrolyt
KW  - Mehrschichtsystem
KW  - Mikroskopie
KW  - Kraftmikroskopie
KW  - Mechanische Eigenschaft
KW  - Adhäsion
KW  - Wasserstoffionenkonzentration
KW  - polyelectrolyte multilayer
KW  - microscopy
KW  - atomic force microscopy
KW  - mechanical properties
KW  - adhesion
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5555
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sempf, Mario
T1  - Nichtlineare Dynamik atmosphärischer Zirkulationsregime in einem idealisierten Modell
T1  - Nonlinear dynamics of atmospheric circulation regimes in an idealized model
N2  - Unter atmosphärischen Zirkulationsregimen versteht man bevorzugte quasi-stationäre Zustände der atmosphärischen Zirkulation auf der planetaren Skala, die für eine bis mehrere Wochen persistieren können. Klimaänderungen, ob natürlich entstanden oder anthropogen verursacht, äußern sich in erster Linie durch Änderungen der Auftrittswahrscheinlichkeiten der natürlichen Regime.  In der vorliegenden Arbeit wurden dynamische Mechanismen des Regimeverhaltens und der dekadischen Klimavariabilität der Atmosphäre bei Abwesenheit zeitlich veränderlicher externer Einflussfaktoren untersucht. Das Hauptwerkzeug dafür war ein quasi-geostrophisches Dreischichtenmodell der winterlichen atmosphärischen Zirkulation auf der Nordhemisphäre, das eine spektrale T21-Auflösung, einen orographischen und einen zeitlich konstanten thermischen Antrieb mit nicht-zonalen Anteilen besitzt. Ein solches Modell vermag großskalige atmosphärische Strömungsvorgänge außerhalb der Tropen mit einiger Genauigkeit zu simulieren. Nicht berücksichtigt werden Feuchteprozesse, die Wechselwirkung der Atmosphäre mit anderen Teilen des Klimasystems sowie anthropogene Einflüsse.  Für das Dreischichtenmodell wurde ein automatisiertes, iteratives Verfahren zur Anpassung des thermischen Modellantriebs neu entwickelt. Jede Iteration des Verfahrens besteht aus einer Testintegration des Modells, ihrer Auswertung, dem Vergleich der Ergebnisse mit den NCEP-NCAR-Reanalysedaten aus den Wintermonaten Dezember, Januar und Februar sowie einer auf diesem Vergleich basierenden Antriebskorrektur. Nach Konvergenz des Verfahrens stimmt das Modell sowohl bezüglich des zonal gemittelten Klimazustandes als auch bezüglich der zeitgemittelten nicht-zonalen außertropischen diabatischen Erwärmung nahezu perfekt mit den wintergemittelten Reanalysedaten überein.  In einer 1000-jährigen Simulation wurden die beobachtete mittlere Zirkulation im Winter sowie ihre Variabilität realitätsnah reproduziert, insbesondere die Arktische Oszillation (AO) und ihre vertikale Ausdehnung. Der AO-Index des Modells weist deutliche dekadische Schwankungen auf, die allein durch die interne Modelldynamik bedingt sind. Darüber hinaus zeigt das Modell ein Regimeverhalten, das gut mit den Beobachtungsdaten übereintimmt. Es besitzt ein Regime, das in etwa der negativen Phase der Nordatlantischen Oszillation (NAO) entspricht und eines, das der positiven Phase der AO ähnelt.  Eine weit verbreitete Hypothese ist die näherungsweise Übereinstimmung zwischen Regimen und stationären Lösungen der Bewegungsgleichungen. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Hypothese für das Dreischichtenmodell überprüft, mit negativem Resultat. Es wurden mittels eines Funktionalminimierungsverfahrens sechs verschiedene stationäre Zustände gefunden. Diese sind allesamt durch eine äußerst unrealistische Zirkulation gekennzeichnet und sind daher weit vom Modellattraktor entfernt. Fünf der sechs Zustände zeichnen sich durch einen extrem starken subtropischen Jet in der mittleren und obereren Modellschicht aus.  Da die Ursache des Regimeverhaltens des Dreischichtenmodells nach wie vor unklar war, wurde auf ein einfacheres Modell, nämlich ein barotropes Modell mit T21-Auflösung zurückgegriffen. Für die Anpassung des Oberflächenantriebs wurde eine modifizierte Form der iterativen Prozedur verwendet. Die zeitgemittelte Zirkulation des barotropen Modells stimmt sehr gut mit der zeitlich und vertikal gemittelten Zirkulation des Dreischichtenmodells überein. Das dominierende räumliche Muster der Variabilität besitzt eine AO-ähnliche Struktur. Zudem besitzt das barotrope Modell zwei Regime, die näherungsweise der positiven und negativen Phase der AO entsprechen und somit auch den Regimen des Dreischichtenmodells ähneln. Im Verlauf der Justierung des Oberflächenantriebs konnte beobachtet werden, dass die zwei Regime des barotropen Modells durch die Vereinigung zweier koexistierender Attraktoren entstanden. Der wahrscheinliche Mechanismus der Attraktorvereinigung ist eine Randkrise eines der beiden Attraktoren, gefolgt von einer explosiven Bifurkation des anderen Attraktors.  Es wird die Hypothese aufgestellt, dass der beim barotropen Modell vorgefundene Mechanismus der Regimeentstehung für atmosphärische Zirkulationsmodelle mit realitätsnahem Regimeverhalten Allgemeingültigkeit besitzt. Gestützt wird die Hypothese durch vier Experimente mit dem Dreischichtenmodell, bei denen jeweils der Parameter der Bodenreibung verringert und die Antriebsanpassung wiederholt wurde. Bei diesen Experimenten erhöhte sich die Persistenz und die Separiertheit der Regime bei abnehmender Reibung drastisch und damit auch der Anteil dekadischer Zeitskalen an der Variabilität. Die Zunahme der Persistenz der Regime ist charakteristisch für die Annäherung an eine inverse innere Krise, deren Existenz aber nicht nachgewiesen werden konnte.
N2  - Preferred quasi-stationary states of the planetary-scale atmospheric circulation, which may persist for one or several weeks, are referred to as atmospheric circulation regimes. Climate variations, either natural or anthropogenic, manifest themselves mainly in changes of the frequencies of occurrence of the natural regimes.  In the presented work, dynamical mechanisms of regime behavior and decadal climate variability of the atmosphere in absence of time-varying external forcing factors have been examined using a quasi-geostrophic three-level model of the wintertime atmospheric circulation over the northern hemisphere. This model has spectral T21 resolution, an orographic and a time-constant thermal forcing including non-zonal components. Such kind of a model is able to simulate large-scale extratropical atmospheric processes with reasonable accuracy. However, moisture processes, the interaction between the atmosphere and other parts of the climate system, and anthropogenic influences are not accounted for.  For the three-level model, a novel, automated, iterative procedure for the tuning of the thermal forcing has been developed. Every iteration of the procedure consists of a model test run, its evaluation, the comparison of the results with NCEP-NCAR reanalysis data for the winter months December, January, and February, and a forcing correction based on this comparison. After convergence of the procedure, the model matches the reanalysis data almost perfectly, as far as it concerns the zonal mean climate state and the time-mean non-zonal extratropical diabatic heating.  In a 1000-year simulation, the observed time-mean circulation in winter as well as its variability have been reproduced with considerable realism, in particular the Arctic Oscillation (AO) and its deep vertical extent. The modeled AO index exhibits pronounced decadal variations, exclusively caused by internal model dynamics. Furthermore, the model's regime behavior is in good agreement with observations. It possesses one regime resembling the negative phase of the North Atlantic Oscillation (NAO) and another resembling the positive phase of the AO.  A well-known hypothesis is the approximate correspondence between regimes and stationary solutions of the equations of motion. In the presented work, this hypothesis has been checked for the three-level model, but with negative result. Using a functional minimization method, six steady states have been found. All of them correspond to an extremely unrealistic circulation, and thus they are far away from the model's attractor. Five of the six steady states are characterized by a strongly exaggerated subtropical jet in the middle and upper model level.  As the origin of regime behavior was still unclear, a simpler model, namely a T21 barotropic model, has been reverted to. For the adaptation of the surface forcing, a modified version of the tuning procedure has been applied. The time-mean circulation of the barotropic model matches the temporally and vertically averaged circulation of the three-level model very well. The dominant spatial pattern of variability has an AO-like structure. Furthermore, the barotropic model possesses two regimes which approximately correspond to the positive and negative AO phase and therefore resemble the regimes of the three-level model. During the tuning of the surface forcing it has been observed that the two regimes of the barotropic model have emerged from the unification of two coexisting attractors. The mechanism responsible for this attractor merging is probably a boundary crisis of one of these attractors, followed by an explosive bifurcation of the other attractor.  It is hypothesized that the mechanism of regime genesis found in the barotropic model is universally valid for atmospheric circulation models with realistic regime behavior. This hypothesis is supported by four experiments with the three-level model, where the surface friction parameter has been decreased and the tuning procedure has been repeated, respectively. In these experiments, the persistence and separation of the regimes increases dramatically with decreasing friction, and thereby the fraction of decadal-scale variability. The increase of regime persistence is characteristic of approaching an inverse interior crisis, the existence of which, however, could not be proven.
KW  - Nichtlineare Dynamik
KW  - Modellierung
KW  - Atmosphärendynamik
KW  - Zirkulationsregime
KW  - dekadische Klimavariabilität
KW  - quasi-geostropisches Modell
KW  - atmospheric dynamics
KW  - circulation regimes
KW  - decadal climate variability
KW  - quasi-geostrophic model
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5989
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.<BR> 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  - Lübbert, Daniel
T1  - Strain and lattice distortion in semiconductor structures : a synchrotron radiation study
N2  - Die Arbeit stellt neu entwickelte Röntgenbeugungsmethoden vor, mit deren Hilfe der Verzerrungszustand des Kristallgitters von Halbleiter-Wafern und -Bauteilen im Detail charakterisiert werden kann. Hierzu werden die aussergewöhnlichen Eigenschaften der an modernen Synchrotrons wie der ESRF (Grenoble) verfügbaren Röntgenstrahlung genutzt. Im ersten Teil der Arbeit werden Röntgen-Diffraktometrie und -Topographie zu einer Untersuchungsmethode kombiniert, mit der die makroskopische Krümmung von Halbleiter-Wafern ebenso wie ihre mikroskopische Defektstruktur abgebildet werden kann. Der zweite Teil ist der Untersuchung von epitaktisch gewachsenen und geätzten Oberflächengittern mit Abmessungen im Submikrometer-Bereich gewidmet. Die unterschiedlichen Gitterkonstanten der beteiligten Halbleitermaterialien führen zu einem inhomogenen Verzerrungsfeld in der Probe, das sich im Röntgenbild durch eine charakteristische Verformung des Beugungsmusters in der Umgebung der Bragg-Reflexe äussert. Die Analyse der experimentell gemessenen Beugungsmuster geschieht mit Hilfe eines neu entwickelten Simulationsverfahrens, das Elastizitätstheorie und eine semi-kinematische Röntgenbeugungstheorie miteinander verbindet. Durch quantitativen Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Messdaten kann auf den genauen Verlauf des Verzerrungsfeldes in den Proben zurückgeschlossen werden. Dieses Verfahren wird erfolgreich auf verschiedene Halbleiter-Probensysteme angewendet, und schliesslich auch auf die Untersuchung von akustischen Oberflächenwellen in Halbleiterkristallen übertragen.
N2  - This thesis presents newly developed X-ray methods which can be used to characterize in detail the state of distortion of the crystal lattice in semiconductor wafers, devices and nanostructures. The methods use the extraordinary properties of the X-rays available from modern synchrotron sources such as the ESRF (Grenoble). In the first part of the thesis, X-ray diffractometry and X-ray topography are combined into a new method, called X-ray rocking curve imaging, which allows to image the macroscopic curvature of semiconductor wafers as well as the underlying microscopic defect structure. The second part of the thesis deals with the investigation of epitaxially grown and subsequently etched semiconductor gratings with lateral periods below the micrometer. The lattice mismatch between the different materials used in heteroepitaxy leads to a non-uniform strain field in the sample, which is reflected in a characteristic distortion of the X-ray diffraction pattern around each Bragg peak. The experimental data are evaluated with the help of a newly developed simulation procedure which combines elasticity theory with a semi-kinematical theory of X-ray diffraction. From a quantitative comparison of measured and simulated data the detailed shape of the strain field in the samples can be deduced. This procedure is used successfully for the structural characterization of different types of semiconductor gratings, and is finally applied also to the investigation of surface acoustic waves in crystals.
KW  - Halbleiter / Kristallgitter / Verzerrung / Röntgenbeugung / Synchrotronstrahlung
KW  - x-ray diffraction
KW  - semiconductor gratings
KW  - wafers
KW  - lattice distortion
KW  - strain fields
KW  - simulation of reciprocal space maps
KW  - finite element method
KW  - surf
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000195
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hainzl, Sebastian
T1  - Erdbeben und selbstorganisierte Kritizität : Modellierung der raumzeitlichen Erdbebendynamik
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Annahme, dass den Erdbeben ein selbstorganisiert kritischer Zustand der Erdkruste zugrunde liegt. Mit Hilfe einer Erweiterung bisheriger Modelle wird gezeigt, dass ein solcher Zustand nicht nur für die Grössenverteilung der Erdbeben (Gutenberg-Richter Gesetz), sondern auch für das beobachtete raumzeitliche Auftreten, z.B. für das Omori-Gesetz für Nachbebenserien, verantwortlich sein kann. Desweiteren wird die Frage nach der Vorhersagbarkeit grosser Erdbeben in solchen Modellsimulationen untersucht.
KW  - Selbstorganisierte Kritizität
KW  - Erdbeben
KW  - Vorhersagbarkeit
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000130
ER  - 
TY  - THES
A1  - Streibel, Martin Albert Gerhard
T1  - Bestimmung  von Ozonabbauraten über der Arktis und Antarktis mittels Ozonsonden- und Satellitendaten
T1  - Determination of ozone loss rates over the Arctic and Antarctic using ozone sonde and satellite data
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der chemischen Ozonzerstörung im arktischen und antarktischen stratosphärischen Polarwirbel. Diese wird durch Abbauprodukte von anthropogen emittierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen und Halonen, Chlor- und Bromradikale, verursacht. Studien in denen der gemessene und modellierte Ozonabbau verglichen wird zeigen, dass die Prozeße bekannt sind, der quantitative Verlauf allerdings nicht vollständig verstanden ist.  Die Prozesse, die zur Ozonzerstörung führen sind in beiden Polarwirbeln ähnlich. Allerdings fällt als Konsequenz unterschiedlicher meteorologischer Bedingungen der chemische Ozonabbau im arktischen Polarwirbel weniger drastisch aus als über der Antarktis. Der arktische Polarwirbel ist im Mittel stärker dynamisch gestört als der antarktische und weist eine stärkere Jahr-zu-Jahr Variabilität auf. Das erschwert die Messung des chemischen Ozonabbaus. Zur Trennung des chemischen Ozonabbaus von der dynamischen Umverteilung des Ozons im arktischen Polarwirbel wurde die Matchmethode entwickelt. Bei dieser Methode werden Luftpakete innerhalb des Polarwirbels mehrfach beprobt, um den chemischen Anteil der Ozonänderung zu quantifizieren. Zur Identifizierung von doppelt beprobten Luftpaketen werden Trajektorien aus Windfeldern berechnet. Können zwei Messungen im Rahmen bestimmter Qualitätskriterien durch eine Trajektorie verbunden werden, kann die Ozondifferenz zwischen beiden Sondierungen berechnet und als chemischer Ozonabbau interpretiert werden. Eine solche Koinzidenz wird Match genannt. Der Matchmethode liegt ein statistischer Ansatz zugrunde, so dass eine Vielzahl solcher doppelt beprobter Luftmassen vorliegen muss, um gesicherte Aussagen über die Ozonzerstörung gewinnen zu können. So erhält man die Ozonzerstörung in einem bestimmten Zeitintervall, also Ozonabbauraten. Um die Anzahl an doppelt beprobten Luftpackten zu erhöhen wurde eine aktive Koordinierung der Ozonsondenaufstiege entwickelt.  Im Rahmen dieser Arbeit wurden Matchkampagnen während des arktischen Winters 2002/2003 und zum ersten Mal während eines antarktischen Winter (2003) durchgeführt. Aus den gewonnenen Daten wurden Ozonabbauraten in beiden Polarwirbeln bestimmt. Diese Abbauraten dienen zum einen der Evaluierung von Modellen, ermöglichen aber auch den direkten Vergleich von Ozonabbauraten in beiden Polarwirbeln.  Der Winter 2002/2003 war zu Beginn durch sehr tiefe Temperaturen in der mittleren und unteren Stratosphäre charakterisiert, so dass die Matchkampagne Ende November gestartet wurde. Ab Januar war der Polarwirbel zeitweise stark dynamisch gestört. Die Kampagne ging bis Mitte März. Für den Höhenbereich von 400 bis 550 K potentieller Temperatur (15-23 km) konnten Ozonabbauraten und der Verlust in der Gesamtsäule berechnet werden. Die Ozonabbauraten wurden in verschiedenen Tests auf ihre Stabilität überprüft.  Der antarktische Polarwirbel war vom Beginn des Winters bis Mitte Oktober 2003 sehr kalt und stellte Ende September kurzzeitig den Rekord für die größte bisher aufgetretene Ozonloch-Fläche ein. Es konnten für den Kampagnenzeitraum, Anfang Juni bis Anfang Oktober, Ozonabbauraten im Höhenbereich von 400 bis 550 K potentieller Temperatur ermittelt werden. Der zeitliche Verlauf des Ozonabbaus war dabei auf fast allen Höhenniveaus identisch. Die Zunahme des Sonnenlichtes im Polarwirbel mit der Zeit führt zu einem starken Anwachsen der Ozonabbauraten. Ab Mitte September gingen die Ozonabbauraten auf Null zurück, da bis zu diesem Zeitpunkt das gesamte Ozon zwischen ca. 14 und 21 km zerstört wurde.  Im letzten Teil der Arbeit wird ein neuer Algorithmus auf Basis der multivariaten Regression vorgestellt, mit dem Ozonabbauraten aus Ozonprofilen verschiedener Sensoren gleichzeitig berechnet werden können. Dabei können neben der Ozonabbaurate die systematischen Fehler zwischen den einzelnen Sensoren bestimmt werden. Dies wurde exemplarisch am antarktischen Winter 2003 für das 475 K potentielle Temperatur Niveau gezeigt. Neben den Ozonprofilen der Sonden wurden Daten von zwei Satellitenexperimenten verwendet. Die mit der multivariaten Matchtechnik berechneten Ozonabbauraten stimmen gut mit den Ozonabbauraten der Einzelsensor-Matchansätze überein.
N2  - The subject of this thesis is the destruction of ozone in the stratospheric polar vortex of the Arctic and Antarctic. It is caused by decomposition products of anthropogenic emitted Chlorofluorocarbons and Halons, radicals of chlorine and bromine. Studies which are dealing with the comparison of measured and modelled ozone loss show that the processes are known but that the quantitative development is not fully understood yet.  The processes that lead to ozone destruction are similar in both polar vortices. But as a consequence of different meteorological conditions the chemical ozone loss in the arctic polar vortex is less dramatic than over the Antarctic. On average the Arctic polar vortex is stronger perturbed and exhibit a stronger annual variability. In order to distinguish between chemical ozone loss and the dynamical redistribution of ozone in the Arctic vortex the Match method was developed. Air parcels in the polar vortex are probed several times in order to quantify the chemical change in ozone. To identify those air parcels trajectories are calculated using wind fields. When it is possible to connect two measurements by a trajectory within certain quality criteria the difference in ozone can be calculated and is interpreted as chemical ozone loss. Such a coincidence is called a Match. The Match method is a statistical approach which needs many of those doubly probed air parcels in order to draw significant conclusions about the destruction of ozone. So the ozone destruction can be calculated for a certain period in time which gives ozone loss rates. In order to enhance the number of doubly probed air masses an active coordination was established.  Within the scope of the thesis Match campaigns were performed during the Arctic winter 2002/2003 and for the first time during the Antarctic winter 2003. The achieved data was used in order to determine ozone loss rates in both polar vortices. The loss rates serve for the evaluation of numerical models but allow as well the direct comparison of ozone loss rates of both polar vortices.  The beginning of the winter 2002/2003 is characterized by very low temperatures in the middle and lower stratosphere. Hence, the Match campaign started at the end of November. From January on the polar vortex was strongly dynamically disturbed at certain times. For the height region of 400 to 500 K potential temperature (15-23 km) ozone loss rates and the column loss were determined. The robustness of the ozone loss rates was checked with a variety of different tests.  From beginning of the winter until October 2003 the Antarctic polar vortex was very cold and the expansion of the ozone hole area reached record values in late September. From the beginning of June until the beginning of October ozone loss has been calculated in a height region from 400 to 550 K potential temperature. The development of the ozone loss was almost identical on the different height levels. The increase in sunlight led to an increase in ozone loss rates. From mid September the ozone loss rates decreased rapidly and the ozone was completely destroyed between approx. 14 and 21 km.  In the last part of the thesis a new algorithm is presented which is based on a multivariate regression in order to calculate ozone loss rates from ozone profiles made by different sensors. At the same time the systematic error between different sensors has to be considered. As an example the approach is shown for the Antarctic Winter 2003 on the 475 K potential temperature level. Beside the ozone profiles from the sondes, data from two satellites experiments have been used. The agreement between the ozone loss rates calculated by the multivariate regression method and those calculated by the single match approach is very good.
KW  - Ozon
KW  - Polarforschung
KW  - Polartief
KW  - Atmosphäre
KW  - Ozonzabbau
KW  - ozone
KW  - polar research
KW  - polar vortex
KW  - atmosphere
KW  - ozone loss
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6570
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bounama, Christine
T1  - Thermische Evolution und Habitabilität erdähnlicher Exoplaneten
T1  - Thermal evolution and habitability of terrestrial exoplanets
N2  - In der vorliegenden Arbeit werden Methoden der Erdsystemanalyse auf die Untersuchung der Habitabilität terrestrischer Exoplaneten angewandt. Mit Hilfe eines parametrisierten Konvektionsmodells für die Erde wird die thermische Evolution von terrestrischen Planeten berechnet. Bei zunehmender Leuchtkraft des Zentralsterns wird über den globalen Karbonat-Silikat-Kreislauf das planetare Klima stabilisiert. Für eine photosynthetisch-aktive Biosphäre, die in einem bestimmten Temperaturbereich bei hinreichender CO2-Konzentration existieren kann, wird eine Überlebenspanne abgeschätzt. Der Abstandsbereich um einen Stern, in dem eine solche Biosphäre produktiv ist, wird als photosynthetisch-aktive habitable Zone (pHZ) definiert und berechnet. Der Zeitpunkt, zu dem die pHZ in einem extrasolaren Planetensystem endgültig verschwindet, ist die maximale Lebenspanne der Biosphäre. Für Supererden, massereiche terrestrische Planeten, ist sie umso länger, je massereicher der Planet ist und umso kürzer, je mehr er mit Kontinenten bedeckt ist. Für Supererden, die keine ausgeprägten Wasser- oder Landwelten sind, skaliert die maximale Lebenspanne mit der Planetenmasse mit einem Exponenten von 0,14. Um K- und M-Sterne ist die Überlebensspanne einer Biosphäre auf einem Planeten immer durch die maximale Lebensspanne bestimmt und nicht durch das Ende der Hauptreihenentwicklung des Zentralsterns limitiert. Das pHZ-Konzept wird auf das extrasolare Planetensystem Gliese 581 angewandt. Danach könnte die 8-Erdmassen-Supererde Gliese 581d habitabel sein. Basierend auf dem vorgestellten pHZ-Konzept wird erstmals die von Ward und Brownlee 1999 aufgestellte Rare-Earth-Hypothese für die Milchstraße quantifiziert. Diese Hypothese besagt, dass komplexes Leben im Universum vermutlich sehr selten ist, wohingegen primitives Leben weit verbreitet sein könnte. Unterschiedliche Temperatur- und CO2-Toleranzen sowie ein unterschiedlicher Einfluss auf die Verwitterung für komplexe und primitive Lebensformen führt zu unterschiedlichen Grenzen der pHZ und zu einer unterschiedlichen Abschätzung für die Anzahl der Planeten, die mit den entsprechenden Lebensformen besiedelt sein könnten. Dabei ergibt sich, dass komplex besiedelte Planeten heute etwa 100-mal seltener sein müssten als primitiv besiedelte.
N2  - In this thesis methods of Earth system analysis are applied to the investigation of the habitability of terrestrial exoplanets. With the help of parameterized convection models for the Earth the thermal evolution of terrestrial planets is calculated. Under increasing central star luminosity the global carbonate-silicate cycle stabilizes the planetary climate. The life span of a photosynthetic-active biosphere existing in a certain temperature interval under adequate CO2 concentration is estimated. The range of orbital distances within which such a biosphere is productive is defined as the photosynthetic-active habitable zone (pHZ) and is calculated. The maximum life span of the biosphere is the point in time when the pHZ of an extrasolar planetary system finally disappears. For super-Earths, i.e. massive terrestrial planets, it is as longer as more massive the planet is and as shorter as more the planet is covered with continents. For super-Earths, which are not pronounced land or water worlds, the maximum life span scales with the planetary mass with an exponent of 0.14. The life span of the biosphere on a planet around K- or M-stars is always determined by the maximum life span and not limited by the end of the main-sequence evolution of the central star. The pHZ approach is applied to the extrasolar planetary system Gliese 581. Accordingly the super-Earth of 8 Earth masses Gliese 581d could be habitable. Based on the presented pHZ concept the Rare Earth Hypothesis established by Ward and Brownlee 1999 is quantified for the Milky Way. This hypothesis claims that complex life may be very rare in the Universe while primitive life is likely common and widespread. Different temperature and CO2 tolerances as well as a different influence on weathering of complex and primitive life forms result different boundaries of the pHZ and a different estimate of the number of planets potentially harboring these different life forms. It arises that planets with complex life might be 100 times rarer than primitive life bearing planets.
KW  - thermische Evolution
KW  - Habitabilität
KW  - Exoplaneten
KW  - Astrobiologie
KW  - thermal evolution
KW  - habitability
KW  - exoplanets
KW  - astrobiology
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16486
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Regenstein, Wolfgang
T1  - Strahlenschutzphysik in Stichpunkten
N2  - Das Manuskript dient der Vorbereitung der Prüfung der Fachkunde zum Strahlenschutz für Lehrer. Es enthält wichtige Grundlagen der Kernphysik, insbesondere die Eigenschaften der Alpha-, Beta-, Gamma-, Neutronen- und Röntgenstrahlen. Es folgt eine kurze Beschreibung des Einflusses der Strahlung auf belebte Materie. Wichtige Paragrafen der Strahlenschutzverordnung werden beschrieben. Eine Aufgabensammlung dient zur Illustration und Übung.
N2  - The paper serves for preparation to the examination to the „Fachkunde zum Stahlenschutz für Lehrer“. It contains important basics of the nuclear physics, especially the quantities of alpha-, beta-, gamma- und neutron radiation. It follows a description of the influence the radiation on lively matter. Important articles oft the „Strahlenschutzverordnung“ are described. A collection of exercises serves to illustration and practice.
KW  - Strahlenschutz
KW  - Strahlenarten
KW  - Dosimetrie
KW  - Strahlenbiologie
KW  - Strahlenbelastung
KW  - Radiation protection
KW  - kind of radiation
KW  - dosis measurement
KW  - radiobiology
KW  - radiation load
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-513405
ER  - 
TY  - THES
A1  - Regenstein, Wolfgang
T1  - Fluoreszenzlöschung durch Elektronen- und Resonanzenergietransfer in Lösungen
T1  - Fluorescence quenching through electron and resonant energy transfer in solutions
N2  - Intermolekulare Desaktivierung zwischen einem angeregten Fluorophor und einem Löscher durch Elektronenübertragung kann mit dynamischer und statischer Löschung beschrieben werden. Es wird vorgeschlagen den dynamischen Löschprozess in Transport- und Wechselwirkungsphase einzuteilen. Ergebnisse der Löschung der N-Heteroarene durch Naphthalen bei hohen Löscherkonzentrationen werden mit der statischen Löschung beschrieben. Außerdem werden CT-Systeme untersucht. Nach einem Überblick über statische Modelle zum Resonanzenergietransfer wird ein aus der Treffertheorie abgeleitetes Modell vorgestellt und an Beispielen getestet. Die Experimente sind computergesteuert.
N2  - The intermolecular deactivation through dynamic and static quenching can described with electron transition between an excited fluorophor and quencher. It is proposed to devide the dynamic quenching process in a transport and an interaction phase. Results oft the quenching of N-heteroarenes through naphthalenes by high concentrations are described with static quenching. CT-systems are also investigated. After giving an overview of statistical models of resonant energy transfer there is presented a model derived from the hit theory. The models were tested by examples. The experiments were executed computer-controlled.
KW  - Intermolekulare Desaktivierung
KW  - dynamische und statische Löschung
KW  - Transport- und Wechselwirkungsphase
KW  - Resonanzenergietransfer
KW  - statistische Modelle
KW  - Intermolecular deactivation
KW  - dynamic and static quenching
KW  - transport and interaction phase
KW  - resonant energy transfer
KW  - statistical models
Y1  - 1989
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-491377
N1  - Überarbeitete Fassung der Habilitationsschrift aus dem Jahr 1989
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TY  - JOUR
A1  - Regenstein, Wolfgang
T1  - Statistische Beschreibung des Resonanzenergietransfers in Lösungen
N2  - In resonance energy transfer, photons are transferred from an excited donor to an acceptor over an interaction distance. According to Förster's quantum mechanical theory, this distance can be calculated using the overlap integral of the fluorescence spectrum of the donor and the absorption spectrum of the acceptor.
Another possibility of determination is obtained with the help of statistical models, which are compiled in an overview. The distance can be determined by evaluating the extinction curve. In this work, a further statistical variant of the determination of the interaction radius is added and demonstrated in detail using an example.
N2  - Beim Resonanzenergietransfer werden Fotonen von einem angeregten Donator über einen Wechselwirkungsabstand auf einen Akzeptor übertragen. Nach der quantenmechanischen Theorie von FÖRSTER kann dieser Abstand mit Hilfe des Überlappungsintegrals von Fluoreszenzspektrum des Donators und Absorp-tionsspektrum des Akzeptors berechnet werden. 
Eine andere Möglichkeit der Bestimmung erhält man mit Hilfe von statistischen Modellen, die in einem Überblick zusammengestellt sind. Dabei kann der Abstand durch Auswertung der Löschkurve bestimmt werden.
In dieser Arbeit wird dazu eine weitere statistische Variante der Bestimmung des Wechselwirkungsradius hinzugefügt und an einem Beispiel ausführlich demonstriert.
KW  - resonant energy transfer
KW  - statistical models
KW  - theory of Förster
KW  - quenching curve
KW  - interaction distance
KW  - Resonanzenergietransfer
KW  - statistische Modelle
KW  - Theorie von Förster
KW  - Löschkurve
KW  - Wechselwirkungsabstand
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-565009
ER  - 
TY  - THES
A1  - Liepertz, Sven Christian
T1  - Zusammenhang zwischen dem Professionswissen von Physiklehrkräften, dem sachstrukturellen Angebot des Unterrichts und der Schülerleistung
T2  - Studien zum Physik- und Chemielernen ; 224
Y1  - 2017
SN  - 978-3-8325-4480-5
PB  - Logos
CY  - Berlin
ER  - 
TY  - THES
A1  - Buschhüter, David
T1  - Anforderungsrelevante mathematik- und physikbezogene Leistungsdispositionen von Physikanfängerinnen und  - anfängern
BT  - Zeitlicher Wandel mathematischer und physikalischer Kentnisse und Fähigkeiten (1978/2013) und inkrementelle Validität von Physikbezogenen Leistungsdispositionen für Studienleistungen und Studienabbruch
Y1  - 2017
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aretz, Sarah
T1  - Entwicklung und Evaluation eines Testinstruments zur Untersuchung von Vorkenntnissen und Präkonzepten in der Kosmologie
T1  - Development and evaluation of a test instrument to investigate students’ prior knowledge and conceptions in cosmology
N2  - Kosmologie beschreibt die Entwicklung des Universums als Ganzes. Kosmologische Entdeckungen in Theorie und Praxis haben daher unser modernes wissenschaftliches Weltbild entscheidend ge­prägt. Die Vermittlung eines modernen Weltbildes durch Unterricht ist ein häufiger Wunsch in der naturwissenschaftlichen Bildungsdiskussion. Dennoch exis­tieren weiterhin Forschungs- und Entwicklungsbedarfe. Kosmologische Themen finden sich häufig in den Medien und sind gleichzeitig weiter vom Alltag entfernt, so dass sich hier besonders leicht wissenschaftlich inkorrekte Vorstellungen entwickeln können, die zu Problemen im Unterricht führen können.

Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, zu diesem Forschungsgebiet beizutragen und die Voraussetzungen hinsichtlich vorhandener Vorkenntnisse und Präkonzepte in Kosmologie, mit denen Schülerinnen und Schüler in den Unterricht kommen, zu untersuchen und anschließend mit denen anderer Länder zu vergleichen. Dies erfolgt anhand einer qualitativen Inhaltsanalyse eines offenen Fragebogens. Auf dieser Grundlage wird schließlich ein Multiple-Choice Frage­bogen entwickelt, angewendet und evaluiert.

Die Ergebnisse zeigen große Wissenslücken im Bereich der Kosmologie auf und geben erste Hin­weise auf vorhandene Unterschiede zwischen den Ländern. Es existieren ebenfalls einige teils weit verbreitete wissenschaftlich inkorrekte Vorstellungen wie beispiels­weise die Assoziation des Urknalls mit einer Explosion, der Urknall verursacht durch eine Kollision von Teilchen oder größeren Objekten, oder die Vorstellung der Ausdehnung des Universums als neue Entdeckungen und/oder Wissen. Des Weiteren gab nur etwa jeder Fünfte das korrekte Alter des Universums oder die Ausdehnung des Universums als einen der drei Belege der Urknalltheorie an, während fast 40% keinen einzigen Beleg nennen konn­ten. Für den geschlossenen Fragebogen konnten gute Hinweise für verschiedene Validitätsa­spekte herausgearbeitet werden und es existieren erste Hinweise darauf, dass der Fragebogen Wissenszu­wachs messen kann und damit wahrscheinlich zur Unter­suchung der Wirksamkeit von Lerneinhei­ten eingesetzt werden kann. Auch ein entsprechendes Modell zur Verständnisentwicklung der Aus­dehnung des Universums zeigte sich vielversprechend.

Diese Arbeit liefert insgesamt einen Forschungsbeitrag zum Schülervorwissen und Vorstellungen in der Kosmologie und deren Large Scale Assessment. Dies eröffnet die Möglichkeit zukünftiger For­schungen im Bereich von Gruppenvergleichen insbesondere hinsichtlich objektiver Länderverglei­che sowie der Untersuchungen der Wirksamkeit von einzelnen Ler­neinheiten als auch Vergleiche verschiedener Lerneinheiten untereinander.
N2  - Cosmology deals with the development of the universe as a whole. Cosmological discoveries in theory and observation have therefore formed our modern scientific worldview. Transferring a modern worldview through science teaching is a frequent request in science literacy discussion. Nevertheless, there is still a need for research and education development. Cosmological topics often appear in the media and, at the same time, are further away from everyday life. Thus, scientifically incorrect conceptions can develop particularly easy and can lead to problems in class.

The objective of this scientific work is to contribute to this area of research and to investigate the preconditions regarding present knowledge and conceptions in cosmology, which students bring into the classroom, and to compare these with those from other countries. This is done by a qualitative analysis of an open-ended questionnaire. On this basis a multiple-choice questionnaire is developed, applied and evaluated.

The results show large gaps in knowledge in the area of cosmology and provide first indications of differences between countries. There also exist some partially widespread scientifically incorrect conceptions such as the association of the Big Bang with an explosion, the Big Bang being caused by a collision of particles or bigger objects, or the idea of the expansion of the universe meaning new discoveries and/ or knowledge. Furthermore, only every fifth student mentioned the correct age of the universe or the expansion of the universe as one of the three pillars of the Big Bang theory, whereas almost 40% could not name a single evidence. For the closed questionnaire good evidence could be established for different aspects of validity. In addition, there exist first indications, that the questionnaire can measure knowledge gain and therefore can likely be used to investigate the effectiveness of learning units. Moreover, a corresponding model of the development of understanding of the expansion of the universe looked promising.

This study provides research contributions to students' prior knowledge and preconceptions in cosmology and their large-scale assessment. This opens up the possibility of future research in the area of group comparisons in particular concerning objective country comparisons and investigations of the effectiveness of single learning units as well as comparisons of different learning units among each other.
KW  - Präkonzepte
KW  - Schülervorstellungen
KW  - Kosmologie
KW  - Testentwicklung
KW  - Verständnisentwicklungsmodell
KW  - preconceptions
KW  - students' conceptions
KW  - cosmology
KW  - development of test instrument
KW  - construct map
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-425421
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TY  - GEN
A1  - Regenstein, Wolfgang
T1  - Optische Spektroskopie dünner organischer Schichten in Stichpunkten
T1  - Optical spectroscopy of thin organic layers in bullet points
N2  - Es wird ein Überblick über verschiedene spektroskopische Techniken, mit denen dünne organische Schichten, wie sie in der Fotovoltaik, bei Leuchtdioden oder organischen Halbleitern Anwendung finden, gegeben. Mit einfachen Zusatzgeräten lassen sich Schichtdicke, Schichtaufbau und Zusammensetzung untersuchen. Die Schichtdicke kann monomolekular sein. Unter bestimmten Voraussetzungen sind einzelne Moleküle in einer Schicht charakterisierbar.
N2  - An overview of various spectroscopic techniques with thin organic layers, such as those used in photovoltaics, light emitting diodes or find organic semiconductors application given. Layer thickness, layer structure and composition can be examined with simple additional equipment. The layer thickness can be monomolecular. Under certain conditions, individual molecules in a layer can be characterized.
KW  - dünne organische Schichten
KW  - thin organic layers
KW  - Techniken der optischen Spektroskopie: IR-Absorption
KW  - techniques of optical spectroscopy: IR absorption
KW  - Fluoreszenz
KW  - fluorescence
KW  - RAMAN-Spektroskopie
KW  - RAMAN spectroscopy
KW  - Einzelmolekülspektroskopie
KW  - individual molecules spectroscopy
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-608135
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TY  - JOUR
A1  - Regenstein, Wolfgang
T1  - Statistische Beschreibung des Resonanzenergietransfers in Lösungen
N2  - Beim Resonanzenergietransfer werden Fotonen von einem angeregten Donator über einen Wechselwirkungsabstand auf einen Akzeptor übertragen. Nach der quantenmechanischen Theorie von FÖRSTER kann dieser Abstand mit Hilfe des Überlappungsintegrals von Fluoreszenzspektrum des Donators und Absorp-tionsspektrum des Akzeptors berechnet werden. 
Eine andere Möglichkeit der Bestimmung erhält man mit Hilfe von statistischen Modellen, die in einem Überblick zusammengestellt sind. Dabei kann der Abstand durch Auswertung der Löschkurve bestimmt werden.
In dieser Arbeit wird dazu eine weitere statistische Variante der Bestimmung des Wechselwirkungsradius hinzugefügt und an einem Beispiel ausführlich demonstriert.
N2  - In resonance energy transfer, photons are transferred from an excited donor to an acceptor over an interaction distance. According to Förster's quantum mechanical theory, this distance can be calculated using the overlap integral of the fluorescence spectrum of the donor and the absorption spectrum of the acceptor.
Another possibility of determination is obtained with the help of statistical models, which are compiled in an overview. The distance can be determined by evaluating the extinction curve. In this work, a further statistical variant of the determination of the interaction radius is added and demonstrated in detail using an example.
KW  - resonant energy transfer
KW  - statistical models
KW  - theory of Förster
KW  - quenching curve
KW  - interaction distance
KW  - Resonanzenergietransfer
KW  - statistische Modelle
KW  - Theorie von Förster
KW  - Löschkurve
KW  - Wechselwirkungsabstand
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-565977
ET  - 2. Version
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TY  - THES
A1  - Gellert, Marcus
T1  - Zum Dynamoeffekt in extern getriebenen Strömungen
N2  - Die Frage nach der Herkunft und der dynamischen Entwicklung langlebiger kosmischer Magnetfelder ist in vielen Details noch unbeantwortet. Es besteht zwar kein Zweifel daran, dass das Magnetfeld der Erde und anderer kosmischer Objekte durch den sogenannten Dynamoeffekt verursacht werden, der genaue Mechanismus als auch die notwendigen Voraussetzungen und Randbedingungen der zugrundeliegenden Strömungen sind aber weitgehend unbekannt. Die für einen Dynamo interessanten Strömungsmuster, die im Inneren von Himmelskörpern durch Konvektion und differentielle Rotation entstehen, sind Konvektionsrollen parallel zur Rotationsachse. Auf einer Strömung mit eben solcher Geometrie, der sogenannten Roberts-Strömung, basieren die in der vorliegenden Arbeit untersuchten Dynamomodelle. Mit Methoden der nichtlinearen Dynamik wird versucht, das Systemverhalten bei Änderung der Systemparamter genauer zu charakterisieren. Die numerischen Untersuchungen beginnen mit einer Analyse der Dynamoaktivität der Roberts-Strömung in Abhängigkeit von den zwei freien Parametern in den Modellgleichungen, der magnetischen Prandtl-Zahl und der Stärke des Energieinputs. Gefunden werden verschiedene Lösungstypen die von einem stationären Magnetfeld über periodische bis zu chaotischen Zuständen reichen. Die yugrundeliegenden Symmetrien werden beschrieben und die Bifurkationen, die zum Wechsel der Lösungstypen führen, charakterisiert. Zusätzlich gibt es Bereiche bei sehr kleinen Prandtl-Zahlen, in denen überhaupt kein Dynamo existiert. Dieses Verhalten wird in der Literatur auch für viele andere numerisch ausgewertete Modelle beschrieben. Im Übergangsbereich zwischen dynamoaktivem und dynamoinaktivem Bereich wird das Auftreten einer sogenannten Blowout-Bifurkation gefunden. Desweiteren beschäftigt sich die Arbeit mit der Frage, inwiefern Helizität, also eine schraubenförmige Bewegung, der Strömung den Dynamoeffekt beeinflusst. Dazu werden ähnliche Strömungstypen verglichen, die sich hauptsächlich in ihrem Helizitätswert unterscheiden. Es wird gefunden, dass ein bestimmter Wert der Helizität nicht unterschritten werden darf, um einen stabilen Roberts-Dynamo zu erhalten.
N2  - The question of origin and development of longlasting cosmic magnetic fields is in many details an unanswered question. There is no doubt that the magnetic fields of cosmic objects like the earth, the sun and larger structures are caused by the so called dynamo effect. The exact mechanism as well as the necassary properties and boundary conditions for the underlying flow field are mostly unknown. The flow pattern believed to act as the source of dynamo activity in the inner of cosmic bodies are convection-like rolls parallel to the rotation axis of this objects and are results of the acting body forces due to differential rotation and thermal convection. The basis of the considered dynamo model is a flow field revealing such flow structures, the so called Roberts flow. The numerical investigations start with an analysis of dynamo activity of the Roberts flow in dependence on the two free parameters magnetic Prandtl number and forcing strength. The model shows different types of solutions starting from steady magnetic states in a very small parameter region at larger magnetic Prandtl numbers, time-periodic solutions and chaotic behavior for stronger forcing. For small magnetic Prandtl numbers the system doesn't carry any magnetic field. This 'small Prandtl number problem' is in accordance with the behavior of several other numerically investigated dynamo models described in the literature. The transient region between dynamo activity and the non-magnetic states can be classified by a so-called blowout bifurcation. Furthermore the investigation deals with the question in what way the helical structure of the flow field indicated by a non-vanishing kinetic helicity influences the dynamo process. The comparison of very similar flow families, mainly distinguishable by their different helicity values, leads to the result that beneath a lower bound no stable Roberts dynamo is working.
T2  - Zum Dynamoeffekt in extern getriebenen Strömungen
KW  - Dynamo
KW  - Dynamoeffekt
KW  - Magnetfelderzeugung
KW  - Roberts-Strömung
KW  - Helizität
KW  - dynamo
KW  - dynamo effect
KW  - magnetic field generation
KW  - Roberts flow
KW  - helicity
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001705
ER  - 
TY  - THES
A1  - Deresch, Andreas
T1  - Modellierung von Röntgenspektren für technische Anwendungen
Y1  - 2015
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TY  - BOOK
A1  - Laloë, Franck
T1  - Grundlagen kontinuierlicher Symmetrien
BT  - von der Raumzeit zur Quantenmechanik
N2  - Das neue Buch von Franck Laloë stellt einen symmetriebasierten Ansatz vor, um die Quantenmechanik auf einer fundamentalen Ebene zu verstehen, und liefert die dazugehörigen Rechentechniken, um fortgeschrittene Kurse über Kernphysik, Quantenoptik und Festkörperphysik zu meistern.
Y1  - 2024
SN  - 978-3-527-41415-4
SN  - 978-3-527-83999-5
SN  - 978-3-527-83998-8
PB  - Wiley-VCH
CY  - Weinheim
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TY  - THES
A1  - Kayser, Markus
T1  - Wechselwirkung der atmosphärischen Grenzschicht mit synoptisch–skaligen Prozessen während der N-ICE2015 Kampagne
N2  - Die Arktis erwärmt sich schneller als der Rest der Erde. Die Auswirkungen manifestieren sich unter Anderem in einer verstärkten Erwärmung der arktischen Grenzschicht. Diese Arbeit befasst sich mit Wechselwirkungen zwischen synoptischen Zyklonen und der arktischen Atmosphäre auf lokalen bis überregionalen Skalen. Ausgangspunkt dafür sind Messdaten und Modellsimulationen für den Zeitraum der N-ICE2015 Expedition, die von Anfang Januar bis Ende Juni 2015 im arktischen Nordatlantiksektor stattgefunden hat.
Anhand von Radiosondenmessungen lassen sich Auswirkungen von synoptischen Zyklonen am deutlichsten im Winter erkennen, da sie durch die Advektion warmer und feuchter Luftmassen in die Arktis den Zustand der Atmosphäre von einem strahlungs-klaren in einen strahlungs-opaken ändern. Obwohl dieser scharfe Kontrast nur im Winter existiert, zeigt die Analyse, dass der integrierte Wasserdampf als Indikator für die Advektion von Luftmassen aus niedrigen Breiten in die Arktis auch im Frühjahr geeignet ist. Neben der Advektion von Luftmassen wird der Einfluss der Zyklonen auf die statische Stabilität charakterisiert. Beim Vergleich der N-ICE2015 Beobachtungen mit der SHEBA Kampagne (1997/1998), die über dickerem Eis stattfand, finden sich trotz der unterschiedlichen Meereisregime Ähnlichkeiten in der statischen Stabilität der Atmosphäre. Die beobachteten Differenzen in der Stabilität lassen sich auf Unterschiede in der synoptischen Aktivität zurückführen. Dies lässt vermuten, dass die dünnere Eisdecke auf saisonalen Zeitskalen nur einen geringen Einfluss auf die thermodynamische Struktur der arktischen Troposphäre besitzt, solange eine dicke Schneeschicht sie bedeckt. Ein weiterer Vergleich mit den parallel zur N-ICE2015 Kampagne gestarteten Radiosonden der AWIPEV Station in Ny-Åesund, Spitzbergen, macht deutlich, dass die synoptischen Zyklonen oberhalb der Orographie auf saisonalen Zeitskalen das Wettergeschehen bestimmen.
Des Weiteren werden für Februar 2015 die Auswirkungen von in der Vertikalen variiertem Nudging auf die Entwicklung der Zyklonen am Beispiel des hydrostatischen regionalen Klimamodells HIRHAM5 untersucht. Es zeigt sich, dass die Unterschiede zwischen den acht Modellsimulationen mit abnehmender Anzahl der genudgten Level zunehmen. Die größten Differenzen resultieren vornehmlich aus dem zeitlichen Versatz der Entwicklung synoptischer Zyklonen. Zur Korrektur des Zeitversatzes der Zykloneninitiierung genügt es bereits, Nudging in den unterstem 250 m der Troposphäre anzuwenden. Daneben findet sich zwischen den genudgten HIRHAM5-Simulation und den in situ Messungen der gleiche positive Temperaturbias, den auch ERA-Interim besitzt. Das freie HIRHAM hingegen reproduziert das positive Ende der N-ICE2015 Temperaturverteilung gut, besitzt aber einen starken negativen Bias, der sehr wahrscheinlich aus einer Unterschätzung des Feuchtegehalts resultiert. An Beispiel einer Zyklone wird gezeigt, dass Nudging Einfluss auf die Lage der Höhentiefs besitzt, die ihrerseits die Zyklonenentwicklung am Boden beeinflussen. Im Weiteren wird mittels eines für kleine Ensemblegrößen geeigneten Varianzmaßes eine statistische Einschätzung der Wirkung des Nudgings auf die Vertikale getroffen. Es wird festgestellt, dass die Ähnlichkeit der Modellsimulationen in der unteren Troposphäre generell höher ist als darüber und in 500 hPa ein lokales Minimum besitzt.
Im letzten Teil der Analyse wird die Wechselwirkung der oberen und unteren Stratosphäre anhand zuvor betrachteter Zyklonen mit Daten der ERA-Interim Reanalyse untersucht. Lage und Ausrichtung des Polarwirbels erzeugten ab Anfang Februar 2015 eine ungewöhnlich große Meridionalkomponente des Tropopausenjets, die Zugbahnen in die zentrale Arktis begünstigte. Am Beispiel einer Zyklone wird die Übereinstimmung der synoptischen Entwicklung mit den theoretischen Annahmen über den abwärts gerichteten Einfluss der Stratosphäre auf die Troposphäre hervorgehoben. Dabei spielt die nicht-lineare Wechselwirkung zwischen der Orographie Grönlands, einer Intrusion stratosphärischer Luft in die Troposphäre sowie einer in Richtung Arktis propagierender Rossby-Welle eine tragende Rolle. Als Indikator dieser Wechselwirkung werden horizontale Signaturen aus abwechselnd aufsteigender und absinkender Luft innerhalb der Troposphäre identifiziert.
N2  - The Arctic warms faster than the rest of the earth. The causes and effects of this arctic amplification are manifested in the arctic atmosphere, especially in the atmospheric boundary layer, which plays a key role in the exchange processes of the atmosphere, ocean and sea ice. This work highlights the importance of synoptic cyclones in the Arctic North Atlantic region. For this purpose, the influence of synoptic cyclones on the Arctic boundary layer as well as their interactions with different regions within the Arctic atmosphere on local to supraregional scales is investigated. The starting point for this are measurement data and model simulations for the period of the NICE2015 expedition, which took place in the Arctic North Atlantic region from early January to late June 2015.
On the basis of radiosonde measurements, the effects of synoptic cyclones are most noticeable in the winter because, by the advection of warm and humid air masses into the Arctic, the condition of the atmosphere changes from a radiative clear to opaquely cloudy. Although this sharp contrast only exists in winter, the analysis shows that integrated water vapor is an indicator for the advection of air masses from low latitudes into the Arctic even in the spring. In addition to the advection of air masses, the influence of cyclones on static stability is characterized. Comparing the N-ICE2015 observations with the SHEBA campaign (1997/1998), which took place over thicker ice, similarities are found in the static stability of the atmosphere despite the different sea ice regimes. The observed differences in stability can be attributed to differences in synoptic activity. A further comparison with the radiosondes of the AWIPEV station in Ny-Åesund, Spitzbergen, which were launched parallel to the N-ICE2015 campaign, shows that synoptic cyclones determine the course of the winter months. In addition, the effects of vertically-varying nudging on the development of cyclones is examined for February 2015 using the hydrostatic regional climate model HIRHAM5. It is shown that the differences between the eight model simulations are increasing with decreasing number of nudged levels. The greatest differences are mainly due to the temporal offset of the development of synoptic cyclones. To correct the time offset of the cyclone initiation, it is sufficient to use nudging in the lowest troposphere. The free HIRHAM reproduces the positive end of the N-ICE2015 temperature distribution well, but has a strong negative bias which most likely results from an under-estimation of the moisture content. An example of a cyclone shows that nudging has an influence on the position of the high altitude lows, which in turn influences cyclone development on the ground. Furthermore, a statistical estimate of the effect of nudging on the vertical is made by means of a variance measure suitable for small ensemble sizes. It is found that the similarity of model simulations in the lower troposphere is generally higher than above and has a local minimum in 500 hPa.
In the last part of the analysis, the interaction of the upper troposphere and the lower stratosphere is investigated with data from the ERA interim reanalysis using previously examined cyclones. The position and orientation of the polar vortex produced an unusually large meridional component of the tropopause jets, which favored passage of low pressure systems into the central Arctic from the beginning of February 2015 onwards. Using a cyclone as an example, the synoptic development is compared with the theoretical assumptions about the downward impact of the stratosphere on the troposphere. The non-linear interaction between Greenland’s orography, an intrusion of stratospheric air into the troposphere, and a Rossby wave propagating in the direction of the Arctic play a key role in the selected time frame. As an indicator of this interaction, horizontal signatures are identified from alternately ascending and descending air within the troposphere.
KW  - arktische Grenzschicht
KW  - Arctic boundary layer
KW  - synoptische Zyklone
KW  - synoptic cyclones
KW  - thermodynamische Struktur
KW  - thermodynamic structure
KW  - regional climate simulations
KW  - regionale Klimasimulationen
KW  - nudging
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-411124
ER  - 
TY  - THES
A1  - Krey, Olaf
T1  - Zur Rolle der Mathematik in der Physik : Wissenschaftstheoretische Aspekte und Vorstellungen Physiklernender
T1  - The role of mathematics in physics : considerations from the philosophy of science and learners' conceptions
N2  - Mathematik spielt im Physikunterricht eine nicht unerhebliche Rolle - wenn auch eine zwiespältige. Oft wird sie sogar zum Hindernis beim Lernen von Physik und kann ihr emanzipatorisches Potenzial nicht entfalten. Die vorliegende Arbeit stellt zwei Bausteine für eine begründete Konzeption zum Umgang mit Mathematik beim Lernen von Physik zur Verfügung. Im Theorieteil der Arbeit werden zum Einen wissenschaftstheoretische Aspekte der Rolle der Mathematik in der Physik aufgearbeitet und der physikdidaktischen Forschungsgemeinschaft im Zusammenhang zugänglich gemacht. Zum anderen werden Forschungsergebnisse zu Vorstellungen Lernender über Physik und Mathematik sowie im Bereich der Epistemologie zusammengestellt. Im empirischen Teil der Arbeit werden Vorstellungen zur Rolle der Mathematik in der Physik von Schülerinnen und Schülern der Klassenstufen 10 und 12 sowie Physik-Lehramtstudierenden im Grundstudium mit Hilfe eines Fragebogens erhoben und unter Verwendung inhaltsanalytischer bzw. statistischer Methoden ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen unter Anderem, dass Mathematik im Physikunterricht entgegen gängiger Meinungen bei den Lernenden nicht negativ, aber zumindest bei jüngeren Lernenden formal und algorithmisch konnotiert ist.
N2  - Mathematics plays an important, but ambivalent role in the physics classroom. Often mathematics becomes an obstacle in learning physics and cannot reveal its emancipatory potential. This thesis provides two components of a well-grounded conception for handling mathematics in the learning of physics. In the theoretical part of the thesis epistemological aspects of the role of mathematics in physics are being processed and made accessible to the community of physics education researchers. At the same time, research data on learners’ epistemological beliefs about physics and mathematics are compiled. In the empirical part of the thesis a questionnaire was designed to collect data on beliefs about the role of mathematics in physics from pupils of grade 10 and 12 as well as undergraduate physics teacher students. Content-analytical and statistical methods have been applied in the processing of the questionnaires. The results revealed, among others, that mathematics in the physics classroom is not, against common belief, evaluated negatively by learners. Yet, at least younger learners perceive the use of mathematics in physics to be mainly formal and algorithmic.
KW  - Physik
KW  - Wissenschaftstheorie
KW  - Vorstellungen
KW  - Mathematikdidaktik
KW  - Physikdidaktik
KW  - physics
KW  - philosophy of science
KW  - conceptions
KW  - mathematics education
KW  - science education
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59412
ER  - 
TY  - THES
A1  - Döring, Sebastian
T1  - Oberflächengitter in azobenzenhaltigen Schichten für organische DFB-Laser
T1  - Surface relief gratings in azobenzene containing layers for organic DFB lasers
N2  - Ein neuentwickeltes azobenzenhaltiges Material, das auf einem supramolekularen Konzept basiert, wird bezüglich seiner Strukturbildung während einer holografischen Belichtung bei 488 nm untersucht. Im Mittelpunkt stehen dabei eindimensionale, sinusförmige Reliefs mit Periodizitäten kleiner 500 nm. Es wird gezeigt, wie der Grad der Vernetzung der photosensitiven Schicht die Strukturbildung in diesem Größenbereich beeinflusst. Zur Maximierung der Strukturtiefe werden gezielt Prozessparameter der Belichtung sowie Materialparameter variiert. Unter Standardbedingungen und moderaten Belichtungsintensitäten von ca. 200 mW/cm² bilden sich innerhalb weniger Minuten bei einer Periode von 400 nm Strukturtiefen von bis zu 80nm aus. Durch die Beeinflussung von Materialparametern, wie Oberflächenspannung und Viskosität, wird die maximale Strukturtiefe auf 160nm verdoppelt. Durch Mehrfachbelichtungen wird auch die Bildung von zweidimensionalen Gittern untersucht. Die Originalstrukturen werden in einem Abformverfahren kopiert und in Schichten von unter UV-Licht aushärtenden Polymeren übertragen. Durch das Abformen kommt es zu einer geringfügigen Verschlechterung der Oberflächenqualität sowie Abnahme der Strukturtiefe. Dieser Verlust wird durch eine Verringerung der Prozesstemperatur verringert. Mithilfe kopierter Oberflächengitter werden organische Distributed Feedback-(DFB)-Laser zweiter Ordnung hergestellt, um den Einfluss von Gitterparametern auf die Emissionseigenschaften dieser Laser zu untersuchen. Dazu erfolgt zunächst die Charakterisierung der optischen Verstärkungseigenschaften ausgewählter organischer Emittermaterialien mittels der Variablen Strichlängenmethode. Das mit dem Laserfarbstoff Pyrromthen567 (PM567) dotierte Polystyrol (PS) zeigt dabei trotz konzentrationsbedingter geringer Absorption eine vergleichsweise geringe Gewinnschwelle von 50µJ/cm² bei ca. 575 nm. Das aktive Gast-Wirt-System der konjugierten Polymere MEH-PPV und F8BT* weist eine hohe Absorption und eine kleine Gewinnschwelle von 2,5 µJ/cm² bei 630 nm auf. Dieses Verhalten spiegelt sich auch in den Emissionseigenschaften der damit hergestellten DFB-Laser wieder. Die Dicke der aktiven Schichten liegen im Bereich hunderter Nanometer und wird so eingestellt, dass sich nur die transversalen Grundmoden im Wellenleiter ausbreiten können. Die Gitterperiode sind so gewählt, dass ein Lichtmode im Verstärkungsbereich des Emittermaterials liegt. Die Emissionslinien der Laser sind mit FWHM-Werten von bis zu 0,3 nm spektral sehr schmalbandig und weisen auf eine sehr gute Gitterqualität hin. Die Untersuchungen liefern minimale Laserschwellen und maximale differentielle Effizienzen von 4,0µJ/cm² und 8,4% für MEH-PPV in F8BT* (bei ca. 640nm) sowie 80 µJ/cm² und 0,9% für PM567 in PS (bei ca. 575 nm). Die Vergrößerung der Strukturtiefe von 40nm auf 80nm in mit MEH-PPV dotierten F8BT*-Lasern zu einem deutlichen Anstieg der ausgekoppelten Energie sowie der differentiellen Effizienz und einem geringen Absinken der Laserschwelle. Dies ist ein Resultat der erhöhten Kopplung von Lasermode und Gitter. Die Emission von DFB-Lasern mit zweidimensionalen Oberflächengittern zeigen eine Verringerung der Divergenz aber kein Einfluss auf die Laserschwelle. Abschließend erfolgt eine Vermessung der Photostabilität von DFB-Lasern unter verschiedenen Bedingungen. Das Einbringen eines konjugierten Polymers in eine aktive Matrix sowie der Betrieb in einer Stickstoffatmosphäre führen dabei zu einer Erhöhung der Lebensdauer auf über eine Million Pulse. Durch die Kombination von Oberflächengittern in PDMS-Filmen mit elektroaktiven Substraten wird eine elektrisch steuerbare Deformation des Beugungsgitters erreicht und auf einen DFB-Laser übertragen. Die spannungsinduzierte Verformung wird zunächst in Beugungsexperimenten charakterisiert und ein optimaler Arbeitspunkt bestimmt. Mit den beiden Elastomeren SEBS12 und VHB4910 werden in den Gittern maximale Periodenänderungen von 1,3% bzw. 3,4% bei einer Steuerspannung von 2 kV erreicht. Der Unterschied resultiert aus den verschiedenen Elastizitätsmoduln der Materialien. Übertragen auf DFB-Laser resultiert eine Variation der Gitterperiode senkrecht zu den Gitterlinien in einer kontinuierlichen Verschiebung der Emissionswellenlänge. Mit einem Spannungssignal von 3,25 kV wird die schmalbandige Emission eines elastischen DFB-Lasers kontinuierlich um fast 50nm von 604 nm zu 557 nm hin verschoben. Aus dem Deformationsverhalten sowohl der reinen Beugungsgitter als auch der Laser werden Rückschlüsse auf die Elastizität der verwendeten Materialien gezogen und erlauben Verbesserungen der Bauteile.
N2  - The photoinduced surface relief formation in a newly developed azobenzene containing material is investigated. A photosensitive film based on a supramolecular material concept is illuminated in a holographic setup with light at 488 nm leading to sinusoidal surface structures. It can be shown how the degree of network formation within the material influences structure formation at periods below 500nm. Different material and process parameters are varied to determine maximum possible structure amplitude. At moderate recording conditions and illumination intensities of 200 mW/cm² maximum structure amplitudes of 80 nm are formed within several minutes at periods of approximately 400 nm. Changing material parameters like surface tension and viscosity leads to an increase of maximum amplitude to 160 nm. Additionally, twodimensional structures are fabricated by multiple recording steps. Original surface structures are copied by soft lithography methods into films of UV cured polymers. This replication leads to a decrease of structure contrast and increase of surface roughness. It is shown that structure contrast is preserved by reduction of process temperature. Organic second order distributed feedback (DFB) lasers are prepared with the help of replicated surface gratings covered with organic active layers with thicknesses of several hundred nanometers. The lasers are investigated regarding the influence of grating amplitude on laser threshold and slope efficiency. For this, the optical gain of two green/red emitter materials, polystyrene (PS) doped with laser dye pyrromethene567 (PM567) and active guest host system of conjugated polymers MEH-PPV and F8BT*, is measured. PS doped with PM567 shows relatively low gain threshold of 50 µJ/cm² at 575 nm caused by the low dye concentration while F8BT* doped with MEH-PPV shows threshold gain of 2.5 µJ/cm² at 630 nm. Similar behavior is observed during laser action. Following Bragg-condition grating periods at approximately 400nm lead to laser emission within the gain spectra of the materials. DFB lasers show single mode narrow line emission with FWHMs of down to 0.3nm. This is a result of high grating quality. Lasers based on MEH-PPV-F8BT* exhibit laser thresholds and slope efficiencies of 4.0µJ/cm² and 8.4%, respectively. PM567-PS lasers exhibit 80 µJ/cm² and 0.9%. An increase of grating amplitude of a MEH-PPV-F8BT*-DFB laser from 40nm to 80nm leads to a considerable increase of energy output and a slight decrease of laser threshold. This is a result of an increase of coupling between light mode and grating which relates to an increase of reflectivity. The use of a two dimensional grating leads to a decrease of divergence angle of laser emission but shows no influence on laser threshold. Finally, laser lifetime is observed under different conditions. Doping the conjugated polymer MEH-PPV in an active matrix in combination with the allocation of nitrogen atmosphere leads to an prolongation of half life time to several million pulses. The combination of elastic surface relief gratings with electro active substrates enables electrical controlled deformation of the surface structure. This deformation is characterized by diffraction measurements. At optimal working conditions electro active substrates based on elastomers SEBS12 and VHB4910 show maximum grating deformation of 1.3% und 3.4% at actuation voltages of 2kV, respectively. The different results are caused by the different elastic modulus of the elastomer materials. The transfer of deformation principle to elastic DFB lasers leads to a continuously shift of emission wavelength. At an actuation voltage of 3.25kV an elastic DFB laser based on polyvinylacetate doped with PM567 shows a shift of nearly 50 nm, from 604 nm to 557 nm. Deformation behavior of grating and laser allow to draw conclusions on elasticity of the material and with this is tool for the improvement of the device.
KW  - Oberflächengitter
KW  - Azobenzen
KW  - Holografie
KW  - DFB-Laser
KW  - Wellenlängenverschiebung
KW  - surface relief grating
KW  - azobenzene
KW  - holography
KW  - DFB laser
KW  - wavelength shift
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59211
ER  - 
TY  - THES
A1  - Theilmann, Florian
T1  - Die Kunst der Untersuchung : Essays zu einem erscheinungsorientierten Physikunterricht
T1  - The art of inquiry : essays on phenomenological science teaching
N2  - Die vorliegende Arbeit versammelt zwei einleitende Kapitel und zehn Essays, die sich als kritisch-konstruktive Beiträge zu einem "erlebenden Verstehen" (Buck) von Physik lesen lassen. Die traditionelle Anlage von Schulphysik zielt auf eine systematische Darstellung naturwissenschaftlichen Wissens, das dann an ausgewählten Beispielen angewendet wird: Schulexperimente beweisen die Aussagen der Systematik (oder machen sie wenigstens plausibel), ausgewählte Phänomene werden erklärt. In einem solchen Rahmen besteht jedoch leicht die Gefahr, den Bezug zur Lebenswirklichkeit oder den Interessen der Schüler zu verlieren. Diese Problematik ist seit mindestens 90 Jahren bekannt, didaktische Antworten - untersuchendes Lernen, Kontextualisierung, Schülerexperimente etc. - adressieren allerdings eher Symptome als Ursachen. Naturwissenschaft wird dadurch spannend, dass sie ein spezifisch investigatives Weltverhältnis stiftet: man müsste gleichsam nicht Wissen, sondern "Fragen lernen" (und natürlich auch, wie Antworten gefunden werden...). Doch wie kann dergleichen auf dem Niveau von Schulphysik aussehen, was für einen theoretischen Rahmen kann es hier geben? In den gesammelten Arbeiten wird einigen dieser Spuren nachgegangen: Der Absage an das zu modellhafte Denken in der phänomenologischen Optik, der Abgrenzung formal-mathematischen Denkens gegen wirklichkeitsnähere Formen naturwissenschaftlicher Denkbewegungen und Evidenz, dem Potential alternativer Interpretationen von "Physikunterricht", der Frage nach dem "Verstehen" u.a. Dabei werden nicht nur Bezüge zum modernen bildungstheoretischen Paradigma der Kompetenz sichtbar, sondern es wird auch versucht, eine ganze Reihe konkrete (schul-)physikalische Beispiele dafür zu geben, was passiert, wenn nicht schon gewusste Antworten Thema werden, sondern Expeditionen, die sich der physischen Welt widmen: Die Schlüsselbegriffe des Fachs, die Methoden der Datenerhebung und Interpretation, die Such- und Denkbewegungen kommen dabei auf eine Weise zur Sprache, die sich nicht auf die Fachsystematik abstützen möchte, sondern diese motivieren, konturieren und verständlich machen will.
N2  - This book is a collection of two introductory chapters and ten essays that address questions concerning "experiential learning" in physics. Traditionally, physics education has been trying to convey a systematic picture of salient scientific knowledge, which would then be applied to selected experiments and phenomena. However, within such a framework, students' real life experiences and interests can hardly be related to. This problem is well known, but typical solutions within science education address merely the methods and conditions of learning, thereby treating symptoms and missing the underlying problem. For our discussion we have chosen a different point of departure: The fascination of science arises from its investigative nature, which allows us to relate to our world in novel ways. Accordingly, we should teach how to inquire nature, rather than giving canonical answers. What would be the practical consequences of such an approach, and what would the theoretical framework look like? These collected essays investigate a number of approaches toward this issue: phenomenological optics and its rejection of kinematic pictures, the distinction between mathematical reasoning and scientific evidence, the potential of non-conventional interpretations of science teaching, the meaning of "understanding" etc. This discussion merges into the current discourse about competence, while illustrating a kind of physics teaching that encourages "expeditions" into the realm of physics. Here, the key concepts, methods of investigation, and ways of reasoning are not simply based on the established edifice of physics, but rather serve to motivate, clarify, and elucidate its structures and practices.
KW  - Physikdidaktik
KW  - Phänomenologie
KW  - Verstehen
KW  - Unterrichtsvorschläge
KW  - Wissenschaftstheorie
KW  - Physics Education
KW  - Phenomenology
KW  - Understanding
KW  - Science Curriculum
KW  - Philosophy of Science
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-56145
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fox, Anne
T1  - Metal-line absorbers in the high-redshift intergalactic medium
Y1  - 2018
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ermilova, Elena
T1  - Breitbandige dielektrische Charakterisierung biologisch relevanter Polymere
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schulz, Alexander
T1  - Untersuchung der Wechselwirkung synoptisch-skaliger mit orographisch bedingten Prozessen in der arktischen Grenzschicht über Spitzbergen
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird die planetare Grenzschicht in Ny-Ålesund, Spitzbergen, sowohl bezüglich kleinskaliger („mikrometeorologischer“) Effekte als auch in ihrer Kopplung mit der Synoptik untersucht. Dazu werden verschiedene Beobachtungsdaten aus der Säule und in Bodennähe zusammengezogen und bewertet. Die so gewonnenen Datensätze werden dann zur Validierung eines nicht-hydrostatischen, regionalen Klimamodells genutzt. Weiterhin werden orographisch bedingte Einflüsse, die Untergrundbeschaffenheit und die lokale Heterogenität der Unterlage untersucht. Hierzu werden meteorologische Größen, wie die Variabilität der Temperatur und insbesondere die jährliche Windverteilung in Bodennähe untersucht und es erfolgt ein Vergleich von in-situ gemessenen turbulenten Flüssen von den Eddy-Kovarianz-Messkomplexen bei Ny-Ålesund und im Bayelva-Tal unter demselben Aspekt. Es zeigt sich, dass der Eddy-Kovarianz-Messkomplex im Bayelva-Tal sehr stark durch eine orographisch bedingte Kanalisierung der Strömung beeinflusst ist und sich nicht für Vergleiche mit regionalen Klimamodellen mit horizontalen Auflösungen von <1km eignet. Die hohe Bodenfeuchte im Bayelva-Tal führt zudem zu einem deutlich kleineren Bowen-Verhältnis, als es für diese Region zu erwarten ist. Der Eddy-Kovarianz-Messkomplex bei Ny-Ålesund erweist sich hingegen als geeigneter für solche Modellvergleiche, aufgrund der typischen, küstennahen Windverteilung und des repräsentativen Footprints. Letzteres wird durch die Bestimmung der Footprint-Klimatologie des Jahres 2013 mit einem aktuellen Footprint-Modell erarbeitet.
Weiterhin wird die Auswirkung von (Anti-) Zyklonen über den Archipel auf die zeitliche Variabilität der lokalen Grenzschichteigenschaften untersucht und bewertet. Dazu wird ein Zyklonen-Detektions-Algorithmus auf ERA-Interim-Reanalysedatensätze angewendet, wodurch die Häufigkeit von nahezu ideal konzentrischen Hoch- und die Tiefdruckgebieten für drei Jahre bestimmt wird. Aus dieser Verteilung werden insgesamt drei interessante Zeiträume zu verschiedenen Jahreszeiten ausgewählt und im Rahmen von Prozessstudien die lokalen bodennahen meteorologischen Messungen, der turbulente Austausch an der Oberfläche und die Grenzschichtdynamik in der Säule untersucht. Die zeitliche Variabilität der dynamischen Grenzschichtstabilität in der Säule wird anhand von zeitlich hoch aufgelösten vertikalen Profilen der Bulk-Richardson-Zahl aus Kompositprofilen aus Fernerkundungsinstrumenten (Radiometer, Wind-LIDAR) sowie Mastdaten (BSRN-Mast) untersucht und die Grenzschichthöhe ermittelt. Aus diesen Analysen ergibt sich eine deutliche Abhängigkeit der thermischen Stabilität beim Durchzug von Fronten, eine damit einhergehende erhebliche Abhängigkeit der Grenzschichtdynamik und der Grenzschichthöhe sowie des turbulenten Austauschs von der zeitlichen Variabilität der Windgeschwindigkeit in der Säule.
Auf Grundlage der Standortanalysen und Prozessstudien erfolgt ein Vergleich der bodennahen Messungen und den Beobachtungen aus der Säule, sowohl von den genannten Fernerkundungsinstrumenten als auch von In-situ-Messungen (Radiosonden) für den Zeitraum einer Radiosondierungskampagne mit dem nicht-hydrostatischen, regionalen Klimamodel WRF (ARW). Auf Grundlage der Fragestellung, inwieweit aktuelle Schemata die Grenzschichtcharakteristika in orographisch stark gegliedertem Gelände in der Arktis reproduzieren können, werden zwei Grenzschichtparametrisierungsschemata mit verschiedenen Ordnungen der Schließung validiert. Hierzu wird die zeitliche Variabilität der Temperatur, der Feuchte und des Windfeldes in der Säule bis 2000m in den Simulationen mit den Beobachtungsdaten vergleichen. Es wird gezeigt, dass durch Modifikation der Initialwertfelder eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Simulationen und den Beobachtungen bereits bei einer horizontalen Auflösung von 1km erreicht werden kann und die Wahl des Grenzschichtschemas nur untergeordneten Einfluss hat. Hieraus werden Ansätze der Weiterentwicklung der Parametrisierungen, aber auch Empfehlungen bezüglich der Initialwertfelder, wie der Landmaske und der Orographie, vorgeschlagen.
N2  - In this work, the planetary boundary layer in Ny-Ålesund, Svalbard is investigated both in terms of small scale (“micrometeorological”) effects and its connection to synoptic scale processes. Therefore several observational data from the lower troposphere and near the surface are added together and evaluated. These datasets are used to validate a non-hydrostatic, regional climate model. Furthermore orographically induced influences and the character of the surface and its local heterogeneity are investigated. To this, meteorological quantities like the temperature variability and the annual wind distribution near the surface are analysed and a comparison of in-situ measurements of the turbulent fluxes from the eddy covariance measuring complexes near Ny-Ålesund and in the Bayelva valley are conducted accordingly. It is shown that the eddy-covariance measuring complex in the Bayelva valley is influenced considerably by local channelling of the flow. Therefore this station is not suitable for comparisons with a regional climate model with horizontal resolutions ≥1km. In addition, higher soil moisture results in lower Bowen-ratio than expected for this site. It turned out that the eddy-covariance measuring complex near Ny-Ålesund is more appropriate for such model studies due to typical coastal wind distribution and a representative footprint. The latter is calculated by determining the footprint climatology of the year 2013 with a current footprint model.
Furthermore the impact of (anti-) cyclones over the archipelago on the temporal variability of boundary layer characteristics is investigated and evaluated. For this purpose, a cyclone detection algorithm is applied to ERA-Interim reanalysis data which determines the frequency of nearly ideal concentric high and low pressure systems for three years. From this distribution, three interesting time periods are selected at different seasons and the local near surface meteorological measurements, the turbulent fluxes at the surface and the boundary layer dynamics in the column are examined in case studies. The temporal variability of the dynamic stability of the planetary boundary layer in the column is examined by temporally high resolved vertical profiles of the bulk Richardson number from composite profiles compiled from remote sensing data (radiometer, wind LIDAR) as well as data from the BSRN mast. From these analyses, a clear dependence of the thermal stability during the passage of fronts, a corresponding dependence of the boundary layer dynamics and the boundary layer height as well as the turbulent exchange from the temporal variability of the wind speed in the column results.
On the basis of the site analyses and the case studies, a comparison of near surface measurements and observations from the column is made, both from the above-mentioned remote sensing instruments and in-situ measurements (radio soundings) for the period of an intense radio sounding campaign with the non-hydrostatic regional climate model WRF (ARW). On the basis of the question as to how far current schemes can reproduce the boundary layer characteristics in complex terrain in the Arctic, two boundary layer parameterization schemes with different orders of closure are validated. For this purpose, the temporal variability of the temperature, humidity and wind field in the column up to 2000m height in the simulations is compared with observational data. It is shown that by modifying fields of initial value, a very good agreement between the simulations and the observations can already be achieved with a horizontal resolution of 1km. The choice of the boundary layer scheme has only a minor influence. From this, approaches to the further development of the parameterizations as well as recommendations concerning the initial value fields, such as the land mask and the orography, are proposed.
KW  - atmosphärische Grenzschicht
KW  - atmospheric boundary layer
KW  - Mikrometeorologie
KW  - micrometeorology
KW  - regionale Klimamodellierung
KW  - regional climate modelling
KW  - Turbulenzmessung
KW  - turbulence measurement
KW  - arktische Atmosphäre
KW  - Arctic atmosphere
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400058
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pohl, Anna
T1  - Shaping via binding
BT  - do mad proteins determine anisotropic growth of magnetite crystals?
Y1  - 2018
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schwabedal, Justus Tilmann Caspar
T1  - Phase dynamics of irregular oscillations
N2  - In der vorliegenden Dissertation wird eine Beschreibung der Phasendynamik irregulärer Oszillationen und deren Wechselwirkungen vorgestellt. Hierbei werden chaotische und stochastische Oszillationen autonomer dissipativer Systeme betrachtet. Für eine Phasenbeschreibung stochastischer Oszillationen müssen zum einen unterschiedliche Werte der Phase zueinander in Beziehung gesetzt werden, um ihre Dynamik unabhängig von der gewählten Parametrisierung der Oszillation beschreiben zu können. Zum anderen müssen für stochastische und chaotische Oszillationen diejenigen Systemzustände identifiziert werden, die sich in der gleichen Phase befinden. Im Rahmen dieser Dissertation werden die Werte der Phase über eine gemittelte Phasengeschwindigkeitsfunktion miteinander in Beziehung gesetzt. Für stochastische Oszillationen sind jedoch verschiedene Definitionen der mittleren Geschwindigkeit möglich. Um die Unterschiede der Geschwindigkeitsdefinitionen besser zu verstehen, werden auf ihrer Basis effektive deterministische Modelle der Oszillationen konstruiert. Hierbei zeigt sich, dass die Modelle unterschiedliche Oszillationseigenschaften, wie z. B. die mittlere Frequenz oder die invariante Wahrscheinlichkeitsverteilung, nachahmen. Je nach Anwendung stellt die effektive Phasengeschwindigkeitsfunktion eines speziellen Modells eine zweckmäßige Phasenbeziehung her. Wie anhand einfacher Beispiele erklärt wird, kann so die Theorie der effektiven Phasendynamik auch kontinuierlich und pulsartig wechselwirkende stochastische Oszillationen beschreiben. Weiterhin wird ein Kriterium für die invariante Identifikation von Zuständen gleicher Phase irregulärer Oszillationen zu sogenannten generalisierten Isophasen beschrieben: Die Zustände einer solchen Isophase sollen in ihrer dynamischen Entwicklung ununterscheidbar werden. Für stochastische Oszillationen wird dieses Kriterium in einem mittleren Sinne interpretiert. Wie anhand von Beispielen demonstriert wird, lassen sich so verschiedene Typen stochastischer Oszillationen in einheitlicher Weise auf eine stochastische Phasendynamik reduzieren. Mit Hilfe eines numerischen Algorithmus zur Schätzung der Isophasen aus Daten wird die Anwendbarkeit der Theorie anhand eines Signals regelmäßiger Atmung gezeigt. Weiterhin zeigt sich, dass das Kriterium der Phasenidentifikation für chaotische Oszillationen nur approximativ erfüllt werden kann. Anhand des Rössleroszillators wird der tiefgreifende Zusammenhang zwischen approximativen Isophasen, chaotischer Phasendiffusion und instabilen periodischen Orbits dargelegt. Gemeinsam ermöglichen die Theorien der effektiven Phasendynamik und der generalisierten Isophasen eine umfassende und einheitliche Phasenbeschreibung irregulärer Oszillationen.
N2  - Many natural systems embedded in a complex surrounding show irregular oscillatory dynamics. The oscillations can be parameterized by a phase variable in order to obtain a simplified theoretical description of the dynamics. Importantly, a phase description can be easily extended to describe the interactions of the system with its surrounding. It is desirable to define an invariant phase that is independent of the observable or the arbitrary parameterization, in order to make, for example, the phase characteristics obtained from different experiments comparable. In this thesis, we present an invariant phase description of irregular oscillations and their interactions with the surrounding. The description is applicable to stochastic and chaotic irregular oscillations of autonomous dissipative systems. For this it is necessary to interrelate different phase values in order to allow for a parameterization-independent phase definition. On the other hand, a criterion is needed, that invariantly identifies the system states that are in the same phase. To allow for a parameterization-independent definition of phase, we interrelate different phase values by the phase velocity. However, the treatment of stochastic oscillations is complicated by the fact that different definitions of average velocity are possible. For a better understanding of their differences, we analyse effective deterministic phase models of the oscillations based upon the different velocity definitions. Dependent on the application, a certain effective velocity is suitable for a parameterization-independent phase description. In this way, continuous as well pulse-like interactions of stochastic oscillations can be described, as it is demonstrated with simple examples. On the other hand, an invariant criterion of identification is proposed that generalizes the concept of standard (Winfree) isophases. System states of the same phase are identified to belong to the same generalized isophase using the following invariant criterion: All states of an isophase shall become indistinguishable in the course of time. The criterion is interpreted in an average sense for stochastic oscillations. It allows for a unified treatment of different types of stochastic oscillations. Using a numerical estimation algorithm of isophases, the applicability of the theory is demonstrated by a signal of regular human respiration. For chaotic oscillations, generalized isophases can only be obtained up to a certain approximation. The intimate relationship between these approximate isophase, chaotic phase diffusion, and unstable periodic orbits is explained with the example of the chaotic \roes oscillator. Together, the concept of generalized isophases and the effective phase theory allow for a unified, and invariant phase description of stochastic and chaotic irregular oscillations.
T2  - Phasendynamik irregulärer Oszillationen
KW  - Phasendynamik
KW  - Stochastische Oszillationen
KW  - Chaotische Oszillationen
KW  - Phasenkopplung
KW  - Zeitreihenanalyse
KW  - phase dynamics
KW  - stochastic oscillations
KW  - chaotic oscillations
KW  - phase coupling
KW  - time series analysis
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50115
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kralemann, Björn Christian
T1  - Die Rekonstruktion invarianter Phasenmodelle aus Daten
T1  - Reconstructing invariant phase models from data
N2  - Ziel dieser Arbeit ist die Überwindung einer Differenz, die zwischen der Theorie der Phase bzw. der Phasendynamik und ihrer Anwendung in der Zeitreihenanalyse besteht: Während die theoretische Phase eindeutig bestimmt und invariant unter Koordinatentransformationen bzw. gegenüber der jeweils gewählten Observable ist, führen die Standardmethoden zur Abschätzung der Phase aus gegebenen Zeitreihen zu Resultaten, die einerseits von den gewählten Observablen abhängen und so andererseits das jeweilige System keineswegs in eindeutiger und invarianter Weise beschreiben. Um diese Differenz deutlich zu machen, wird die terminologische Unterscheidung von Phase und Protophase eingeführt: Der Terminus Phase wird nur für Variablen verwendet, die dem theoretischen Konzept der Phase entsprechen und daher das jeweilige System in invarianter Weise charakterisieren, während die observablen-abhängigen Abschätzungen der Phase aus Zeitreihen als Protophasen bezeichnet werden. Der zentrale Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung einer deterministischen Transformation, die von jeder Protophase eines selbsterhaltenden Oszillators zur eindeutig bestimmten Phase führt. Dies ermöglicht dann die invariante Beschreibung gekoppelter Oszillatoren und ihrer Wechselwirkung. Die Anwendung der Transformation bzw. ihr Effekt wird sowohl an numerischen Beispielen demonstriert - insbesondere wird die Phasentransformation in einem Beispiel auf den Fall von drei gekoppelten Oszillatoren erweitert - als auch an multivariaten Messungen des EKGs, des Pulses und der Atmung, aus denen Phasenmodelle der kardiorespiratorischen Wechselwirkung rekonstruiert werden. Abschließend wird die Phasentransformation für autonome Oszillatoren auf den Fall einer nicht vernachlässigbaren Amplitudenabhängigkeit der Protophase erweitert, was beispielsweise die numerischen Bestimmung der Isochronen des chaotischen Rössler Systems ermöglicht.
N2  - The aim of this work is to bridge the gap between the theoretical description of the phase dynamics of coupled oscillators and the application of the theory to model reconstruction from time series analysis. In the theory, the phase of a self-sustained oscillator is defined in an unambiguous way, whereas the standard techniques used to estimate phases from given time series provide observabledependent results, so that generally these estimates deviate from the true phase. To stress this crucial issue, we term the observable-dependent phase-like variables as protophases. The main goal of this work is to develop a deterministic transformation from arbitrary protophases to the true, unique phase of the selfsustained oscillator. This approach allows us to obtain an invariant description of coupled oscillators and of their interaction. The application of the transformation and its efficiency are illustrated by means of numerical examples, as well as by the reconstruction of phase models of the cardiorespiratory interaction from multivariate time series of ECG, pulse and respiration. Next, the transformation from protophases to phases is extended for the case of three coupled oscillators. Finally, we go beyond the phase approximation and extend the phase transformation for autonomous oscillators to the case when the amplitude dynamics cannot be neglected. This technique for example allows us to compute numerically the isochrones of the chaotic Roessler system.
KW  - nichtlineare Dynamik
KW  - selbsterhaltende Oszillatoren
KW  - Phase
KW  - Protophase
KW  - Invarianz
KW  - nonlinear Dynamics
KW  - self-sustained Oscillators
KW  - Phase
KW  - Protophase
KW  - Invariance
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-45057
ER  - 
TY  - THES
A1  - Regenstein, Wolfgang
T1  - Absorptionsspektroskopische Untersuchungen zum Einfluß des Mediums und des Aggregatzustandes auf die Gestalt und Lage der Charge-Transfer-Bande
N2  - An einigen CT-Modellkomplexen in verschiedenen Lösungsmitteln und bei Temperaturen von 113-300 K sollte der Einfluß der Umgebung auf die Form und Lage der Absorption von CT-Komplexen unterschiedlicher Bindungsfestigkeit untersucht werden.
Dazu wurden bekannte Bandenprofilfunktionen auf ihre Anwendbar-keit geprüft. Da eine optimale Anpassung nicht möglich war, wurde eine neue Profilfunktion entwickelt, die eine bessere Beschreibung ergab.
Nach der Bestimmung der Gleichgewichtskonstante und des Extink-tionskoeffizienten konnte mit der Profilfläche das Übergangsmoment berechnet werden.
Die Lösungsmittelabhängigkeit wurde bei verschiedenen Brechzahlen und Dielektrizitätskonstanten untersucht.
Für feste Komplexe wurde eine spezielle Präparationstechnik gewählt. Die beobachteten Feinstrukturen und der auftretende Streuuntergrund werden diskutiert.
N2  - At some CT model complexes in various solvents and temperatures between 113- 300 K should investigate the influence of envirenment on the shape and position of CT complexes at various binding forces. 
Thereto known band profile functions were checked for their applicability. Because it was impossible to get an optimal accomodation a new profile function was developed, that results in a better description.
After determination of equilibrium constant and extinction coefficient it was possible to calculate the transition moment with profiled area.
The solvent dependence was investigated with various refractive indexes and dielectric constants.
For solid complexes were selected a special preparation technique. The observed fine structures and the appered scattering underground were discussed.
T2  - Absorption spectroscopic investigations on the influence of medium and aggregate state on the shape and position of CT bands
KW  - CT Komplex
KW  - Bandenprofil
KW  - Übergangsmoment
KW  - Lösungsmittelabhängigkeit
KW  - Präparation fester Komplexe
KW  - CT complex
KW  - band profile
KW  - transition moment
KW  - solvent dependence
KW  - solid complex preparation
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-496702
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TY  - THES
A1  - Feigel, Immanuel
T1  - Entwicklung und Validierung eines Instruments zur Erfassung von experimentierbezogenen Erfahrungen angehender Physiklehrkräfte
N2  - Aufgrund der Bedeutung von Experimenten im physikalischen Erkenntnisprozess, sind diese ein wesentlicher Bestandteil des Physikunterrichts. Um den Einsatz von Experimenten im Physikunterricht zu fördern, sind kompetenzorientiertes Experimentieren und die Reflexion des Einsatzes von Experimenten wichtige Ziele in Lehrkräftebildungsprogrammen. Ablaufmodelle für kompetenzorientiertes Experimentieren unterscheiden typischerweise Phasen der Fragen- und Hypothesenentwicklung, der Planung, der Erforschung und der Schlussfolgerungen. Es ist allerdings unklar, auf welche Weise angehende Physiklehrkräfte Aspekte des kompetenzorientierten Experimentierens in ihrem Unterricht in schulpraktischen Ausbildungsphasen einsetzen, auf welche Weise sie solche Unterrichtsversuche mit Experimentierbezug reflektieren und wie strukturiert (im Sinne der Ablaufmodelle) sie dabei vorgehen.
In der vorliegenden Studie wurde deshalb untersucht, auf welche Weise Praxissemesterstudierende Experimentierprozesse in ihren Unterrichtsversuchen reflektieren. Hierfür wurde betrachtet, zu welchen Anteilen die Experimentierphasen in den Reflexionen adressiert werden. Um weiterhin herauszufinden, mit welcher Qualität die Experimentplanung reflektiert wird und inwiefern sich Vorstrukturierung für die Planungsphase zeigt, wurde diese differenzierter betrachtet. Auf Basis empirischer Vorarbeiten wurde vermutet, dass Fragenentwicklung, Hypothesenbildung und Experimentplanung seltener thematisiert werden als die anderen Teilkompetenzen und dass die Planungsphase hauptsächlich stark vorstrukturierte Elemente enthält, statt den Lernenden Freiräume für selbstständige Planungen zu lassen.
Zur Untersuchung der Fragestellung wurden Kodiermanuale zur Erfassung experimentierbezogener Kompetenzen in schriftlichen Reflexionen entwickelt und validiert. Analysiert wurden 40 Reflexionstexte von 14 Studierenden des Physik-Lehramts im Praxissemester an der Universität Potsdam. Als Untersuchungsmethode wurde die qualitative Inhaltsanalyse genutzt. Die Texte wurden bezüglich der Umsetzung eines Reflexionsmodells und auf das Vorkommen der Teilkompetenzen des Experimentierzyklus untersucht.
Die Ergebnisse bestätigten das geringe Vorkommen der Fragenentwicklung und Hypothesenbildung sowie die tendenziell geschlossenen Planungsinhalte. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Planungsphase eher oberflächlich reflektiert und vor allem Arbeitsaufträge wiedergegeben wurden. Allgemein zeigten sich hauptsächlich beschreibende Tendenzen in den Reflexionen und eher wenige Alternativen und Konsequenzen. Aus den Ergebnissen werden Implikationen für die Lehrkräftebildung im Fach Physik abgeleitet. Um die Reflexionskompetenz der angehenden Lehrkräfte zu fördern, sind Hilfestellungen während des Reflexionsprozesses und eine inhaltliche Rückmeldung notwendig. Des Weiteren sollten die angehenden Lehrkräfte für eine ausgewogenere Förderung der Teilkompetenzen in ihrem Unterricht sensibilisiert werden.
N2  - Due to the importance of experiments in the physics-based inquiry process, they are an essential part of physics teaching. In order to promote the use of experiments in physics lessons, competence-oriented experimentation and reflection on the use of experiments are important goals in teacher training programs. Process models for competence-oriented experimentation typically distinguish between phases of question and hypothesis development, planning, exploration and conclusions. However, it is unclear in what way prospective physics teachers use aspects of competence-oriented experimentation in their lessons in school-based training phases and in what way they reflect teaching experiments with reference to experimentation and how structured (in terms of reflection models) they proceed in doing so.
The present study therefore investigated the ways in which students in their final teaching internship reflect on experimentation processes in their teaching. For this purpose, we looked at the proportions in which the experimentation phases are addressed in the reflections. In order to find out the quality with which the planning of the experiment is reflected and to what extent the planning phase is pre-structured, this was considered in a more differentiated way. On the basis of empirical preliminary work, it was assumed that question development, hypothesis formation and experiment planning are addressed less frequently than the other sub-competencies and that the planning phase mainly contains pre-structured tasks instead of leaving the learners space for exploration and planning.
To investigate the question, coding manuals for recording experiment-related competencies in written reflections were developed and validated. 40 reflection texts from 14 physics students in their practical semester at the University of Potsdam were analysed. Qualitative content analysis was used to identify categories in which the teachers reflected. The texts were examined with regard to the implementation of a reflection model and the occurrence of the competencies as defined in the experimentation cycle.
The results confirmed the low occurrence of question development and hypothesis formation as well as the tendency towards pre-structed tasks. In addition, it was found that the planning phase was reflected rather superficially and that work assignments were mainly reproductive. More generally, descriptive tendencies were found in the reflections and rather few alternatives and consequences. Implications for teacher training in physics are derived from the results. In order to promote the reflection competence of the prospective teachers, assistance during the reflection process and feedback on the contents are necessary. Furthermore, the prospective teachers should be sensitised to include all competencies as outlined in the experimentation cycle.
KW  - Experimentierkompetenz
KW  - Reflexion
KW  - Physik
KW  - Lehrkräftebildung
KW  - quantitative Inhaltsanalyse
KW  - Experimentierzyklus
KW  - experimental competencies
KW  - experimental model
KW  - reflection
KW  - physics
KW  - teacher education
KW  - content analysis
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-537720
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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
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TY  - JOUR
A1  - Nowak, Anna
T1  - Untersuchung der Qualität von Selbstreflexionstexten zum Physikunterricht
BT  - Entwicklung des Reflexionsmodells REIZ
JF  - Studien zum Physik- und Chemielernen
N2  - Reflexion wird als notwendig für die professionelle Entwicklung von Lehrer:innen und die Verbesserung von Unterricht angesehen, wenngleich aus theoretischer Sicht große Uneinigkeit über den Begriff selbst, den Reflexionsprozess und die damit verbundenen Kompetenzen herrscht.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung, Untersuchung und Weiterentwicklung eines Reflexionsmodells mit einem theoriebasierten, klaren Konzept des Reflexionsprozesses und einem passenden Anspruch an die Reflexionsleistung der Reflektierenden. Grundlage für die empirische Untersuchung waren N = 132 Selbstreflexionstexte von N = 22 Studierenden aus dem Praxissemester Physik. Zur Codierung der Texte wurden vier mittels qualitativer Inhaltsanalyse entwickelte Manuale angewandt. Mit quantitativen Methoden wurden Zusammenhänge zwischen strukturellen Elementen, Begründungen, Inhalten und dem Qualitätsmerkmal Reflexionstiefe überprüft.

Es zeigte sich ein "Überhang an Negativität": negative Bewertungen, negative Reflexionsauslöser und negative Inhalte hängen signifikant positiv mit größerer Reflexionstiefe zusammen. Auf Grundlage der empirischen Ergebnisse wurde das Reflexionsmodell mit externaler und internaler Zielorientierung (REIZ) entwickelt. Zudem wurde darauf aufbauend eine Definition für Reflexionstiefe in vier Argumentationsclustern formuliert. Für die Lehrkräftebildung wird der in REIZ dargestellte differenzierte Ansatz der Zielorientierung von Reflexion empfohlen.
KW  - Reflexion
KW  - Reflexionsmodell
KW  - Reflexionstiefe
KW  - Reflexionsqualität
Y1  - 2023
SN  - 978-3-8325-5739-3
U6  - https://doi.org/10.30819/5739
SN  - 1614-8967
VL  - 371
PB  - Logos
CY  - Berlin
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TY  - THES
A1  - Mientus, Lukas
T1  - Reflexion und Reflexivität
T1  - Reflection and reflexivity
BT  - Befunde reflexionsbezogener Dispositionen
BT  - findings of reflection-related amplifiers and filters
N2  - Reflexion gilt in der Lehrkräftebildung als eine Schlüsselkategorie der professionellen Entwicklung. Entsprechend wird auf vielfältige Weise die Qualität reflexionsbezogener Kompetenzen untersucht. Eine Herausforderung hierbei kann in der Annahme bestehen, von der Analyse schriftlicher Reflexionen unmittelbar auf die Reflexivität einer Person zu schließen, da Reflexion stets kontextspezifisch als Abbild reflexionsbezogener Argumentationsprozesse angesehen werden sollte und reflexionsbezogenen Dispositionen unterliegt. Auch kann die Qualität einer Reflexion auf mehreren Dimensionen bewertet werden, ohne quantifizierbare, absolute Aussagen treffen zu können.
Daher wurden im Rahmen einer Physik-Videovignette N = 134 schriftliche Fremdreflexionen verfasst und kontextspezifische reflexionsbezogene Dispositionen erhoben. Expert*innen erstellten theoriegeleitet Qualitätsbewertungen zur Breite, Tiefe, Kohärenz und Spezifität eines jeden Reflexionstextes. Unter Verwendung computerbasierter Klassifikations- und Analyseverfahren wurden weitere Textmerkmale erhoben. Mittels explorativer Faktorenanalyse konnten die Faktoren Qualität, Quantität und Deskriptivität gefunden werden. Da alle konventionell eingeschätzten Qualitätsbewertungen durch einen Faktor repräsentiert wurden, konnte ein maximales Qualitätskorrelat kalkuliert werden, zu welchem jede schriftliche Fremdreflexion im Rahmen der vorliegenden Vignette eine computerbasiert bestimmbare Distanz aufweist. Diese Distanz zum maximalen Qualitätskorrelat konnte validiert werden und kann die Qualität der schriftlichen Reflexionen unabhängig von menschlichen Ressourcen quantifiziert repräsentieren. Abschließend konnte identifiziert werden, dass ausgewählte Dispositionen in unterschiedlichem Maße mit der Reflexionsqualität zusammenhängen. So konnten beispielsweise bezogen auf das Physik-Fachwissen minimale Zusammenhänge identifiziert werden, wohingegen Werthaltung sowie wahrgenommene Unterrichtsqualität eng mit der Qualität einer schriftlichen Reflexion in Verbindung stehen können.
Es wird geschlussfolgert, dass reflexionsbezogene Dispositionen moderierenden Einfluss auf Reflexionen nehmen können. Es wird empfohlen bei der Erhebung von Reflexion mit dem Ziel der Kompetenzmessung ausgewählte Dispositionen mit zu erheben. Weiter verdeutlicht diese Arbeit die Möglichkeit, aussagekräftige Quantifizierungen auch in der Analyse komplexer Konstrukte vorzunehmen. Durch computerbasierte Qualitätsabschätzungen können objektive und individuelle Analysen und differenzierteres automatisiertes Feedback ermöglicht werden.
N2  - Reflection is considered as a key category of professional development in teacher education. Thus, the quality of reflection-related performance has been studied in a variety of ways. To derive teacher's reflection-related personal Pedagogical Content Knowledge (PCK) from the analysis of a written reflection (reflection-related enacted PCK) seems to be challenging. The enactment of reflection-related personal PCK is context-specific and should be seen as a manifestation under the influence of Amplifiers & Filters. Also, it is difficult to make quantifiable statements of reasoning quality in a written reflection without using stage models or categorical scoring.
Therefore, N = 134 (preservice) physics teachers wrote a reflection text in the context of a video vignette and answered items related to context-specific reflection-related dispositions. Experts rated the quality of each reflection text according to the breadth, depth, coherence, and specificity. Using computer-based classification and analysis, additional text features were extracted. An exploratory factor analysis was used to reduce date to the factors quality, quantity, and descriptiveness of a written reflection. Cause experts’ quality ratings were represented by just one factor, a maximum quality-correlate for the present vignette was calculated. Each written reflection was determined a distance to this maximum computer-based. This quality index was validated and can represent the quality of the written reflections in a quantified way without the need of human expertise. Finally, it could be identified that selected Amplifiers & Filters are related to the reflection quality. For example, minimal correlations could be identified with respect to physics content knowledge, whereas values and perceived teaching quality can be closely related to the quality of a written reflection.
It is concluded that reflection-related Amplifiers & Filters can have a measurable influence on reflection-related enacted PCK. It is recommended to include measurements of Amplifiers & Filters in each research of reflection with the aim of measuring competence. Further, this work illustrates the possibility of meaningful quantification even in the analysis of complex constructs. Computer-based quality assessments can enable objective and individualized analyses and more differentiated automated feedback.
KW  - Reflexion
KW  - Reflexivität
KW  - Physikdidaktik
KW  - pedagogical content knowledge
KW  - refined consensus model
KW  - machine learning
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610003
ER  - 
TY  - THES
A1  - Holländer, Lars
T1  - Einfluss der remanenten Polarisation auf die optischen Transmissionseingenschaften eines ferroelektrischen Polymers mit nematischen Flüssigkristalleinschlüssen
Y1  - 2015
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TY  - THES
A1  - Gidion, Gunnar
T1  - Akustische Resonatoren zur Analyse und Kontrolle von schwingungsfähigen Systemen am Beispiel von Streichinstrumenten und Dielektrischen Elastomeraktoren
T1  - Acoustic resonators for the analysis and control of vibrational systems exemplified by bowed string instruments and dielectric elastomer actuators
N2  - Die Klangeigenschaften von Musikinstrumenten werden durch das Zusammenwirken der auf ihnen anregbaren akustischen Schwingungsmoden bestimmt, welche sich wiederum aus der geometrischen Struktur des Resonators in Kombination mit den verwendeten Materialien ergeben. In dieser Arbeit wurde das Schwingungsverhalten von Streichinstrumenten durch den Einsatz minimal-invasiver piezoelektrischer Polymerfilmsensoren untersucht. Die studierten Kopplungsphänomene umfassen den sogenannten Wolfton und Schwingungstilger, die zu dessen Abschwächung verwendet werden, sowie die gegenseitige Beeinflussung von Bogen und Instrument beim Spielvorgang. An Dielektrischen Elastomeraktormembranen wurde dagegen der Einfluss der elastischen Eigenschaften des Membranmaterials auf das akustische und elektromechanische Schwingungsverhalten gezeigt. Die Dissertation gliedert sich in drei Teile, deren wesentliche Ergebnisse im Folgenden zusammengefasst werden.

In Teil I wurde die Funktionsweise eines abstimmbaren Schwingungstilgers zur Dämpfung von Wolftönen auf Streichinstrumenten untersucht. Durch Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers auf die Wolftonfrequenz kann ein Teil der Saitenschwingungen absorbiert werden, so dass die zu starke Anregung der Korpusresonanz vermieden wird, die den Wolfton verursacht. Der Schwingungstilger besteht aus einem „Wolftöter“, einem Massestück, welches auf der Nachlänge der betroffenen Saite (zwischen Steg und Saitenhalter) installiert wird. Hier wurde gezeigt, wie die Resonanzen dieses Schwingungstilgers von der Masse des Wolftöters und von dessen Position auf der Nachlänge abhängen. Aber auch die Geometrie des Wolftöters stellte sich als ausschlaggebend heraus, insbesondere bei einem nicht-rotationssymmetrischen Wolftöter: In diesem Fall entsteht – basierend auf den zu erwartenden nicht-harmonischen Moden einer massebelasteten Saite – eine zusätzliche Mode, die von der Polarisationsrichtung der Saitenschwingung abhängt.

Teil II der Dissertation befasst sich mit Elastomermembranen, die als Basis von Dielektrischen Elastomeraktoren dienen, und die wegen der Membranspannung auch akustische Resonanzen aufweisen. Die Ansprache von Elastomeraktoren hängt unter anderem von der Geschwindigkeit der elektrischen Anregung ab. Die damit zusammenhängenden viskoelastischen Eigenschaften der hier verwendeten Elastomere, Silikon und Acrylat, wurden einerseits in einer frequenzabhängigen dynamisch-mechanischen Analyse des Elastomers erfasst, andererseits auch optisch an vollständigen Aktoren selbst gemessen. Die höhere Viskosität des Acrylats, das bei tieferen Frequenzen höhere Aktuationsdehnungen als das Silikon zeigt, führt zu einer Verminderung der Dehnungen bei höheren Frequenzen, so dass über etwa 40 Hertz mit Silikon größere Aktuationsdehnungen erreicht werden. Mit den untersuchten Aktoren konnte die Gitterkonstante weicher optischer Beugungsgitter kontrolliert werden, die als zusätzlicher Film auf der Membran installiert wurden. Über eine Messung der akustischen Resonanzfrequenz von Elastomermebranen aus Acrylat in 1Abhängigkeit von ihrer Vorstreckung konnte in Verbindung mit einer Modellierung des hyperelastischen Verhaltens des Elastomers (Ogden-Modell) der Schermodul bestimmt werden.

Schließlich wird in Teil III die Untersuchung von Geigen und ihrer Streichanregung mit Hilfe minimal-invasiver piezoelektrischer Polymerfilme geschildert. Es konnten am Bogen und am Steg von Geigen – unter den beiden Füßen des Stegs – jeweils zwei Filmsensoren installiert werden. Mit den beiden Sensoren am Steg wurden Frequenzgänge von Geigen gemessen, welche eine Bestimmung der frequenzabhängigen Stegbewegung erlaubten. Diese Methode ermöglicht damit auch eine umfassende Charakterisierung der Signaturmoden in Bezug auf die Stegdynamik. Die Ergebnisse der komplementären Methoden von Impulsanregung und natürlichem Spielen der Geigen konnten dank der Sensoren verglichen werden. Für die Nutzung der Sensoren am Bogen – insbesondere für eine Messung des Bogendrucks – wurde eine Kalibrierung des Bogen-Sensor-Systems mit Hilfe einer Materialprüfmaschine durchgeführt. Bei einer Messung während des natürlichen Spielens wurde mit den Sensoren am Bogen einerseits die Übertragung der Saitenschwingung auf den Bogen festgestellt. Dabei konnten außerdem longitudinale Bogenhaarresonanzen identifiziert werden, die von der Position der Saite auf dem Bogen abhängen. Aus der Analyse dieses Phänomens konnte die longitudinale Wellengeschwindigkeit der Bogenhaare bestimmt werden, die eine wichtige Größe für die Kopplung zwischen Saite und Bogen ist. Mit Hilfe des Systems aus Sensoren an Bogen und Steg werden auf Grundlage der vorliegenden Arbeit Studien an Streichinstrumenten vorgeschlagen, in denen die Bespielbarkeit der Instrumente zu den jeweils angeregten Steg- und Bogenschwingungen in Beziehung gesetzt werden kann. Damit könnte nicht zuletzt auch die bisher nicht vollständig geklärte Rolle des Bogens für Klang und Bespielbarkeit besser beurteilt werden
N2  - The sound of musical instruments is created by the interaction of their vibrational modes,
which are a result of the geometrical structure and the material used in a certain instrument. In this thesis, the vibrations of bowed string instruments are studied by means of
minimally-invasive polymer-film sensors. The investigated coupling phenomena comprise the wolf tone and the wolf-tone absorbers as well as the mutual interference between the bow and the instrument during playing. In a methodically related study, the acoustical and mechanical behaviour of dielectric elastomer actuators was examined, with a focus on the influence of the elastic membrane material and settings on the actuation and the resonator properties. The dissertation is arranged into three parts, the main findings of which are summarised in the following.

In part I, the working principle of a tunable vibration absorber for the attenuation of wolf tones on bowed string instruments is investigated. By tuning the resonance frequency of the vibration absorber to match the wolf-tone frequency, a part of the string vibrations can be absorbed. Thus, a strong excitation of the body mode, which causes the wolf, can be avoided. The vibration absorber consists of a piece of mass, the wolf suppressor, which is installed on the afterlength of the concerned string (between the bridge and the tailpiece). It is shown here how the resonances of this vibration-absorber system depend on the mass and the position of the wolf suppressor on the afterlength. Moreover, also the geometry of the suppressor was found to play a role, especially in the case of a suppressor that is not axially symmetric: Then, based on the non-harmonic modes that can be expected for a mass-loaded string, an additional mode is created that depends on the polarisation of the string vibrations.

The second part of the thesis deals with elastomer membranes that serve as the basis of dielectric elastomer actuators. In these systems, acoustical resonances can also be observed, due to the membrane tension. Among other things, the response of elastomer actuators also depends on the velocity of the electric excitation. The corresponding viscoelastic properties of the elastomers that are studied in this work, silicone and acrylic, were captured by two kinds frequency-response measurements. On the one hand, a dynamic-mechanical analysis with varied frequency was carried out on the pure elastomers; on the other hand, the performance of the assembled actuators was measured with a high-speed camera. The high viscosity of the acrylic, which shows larger actuation strains than the silicone at lower frequencies, leads to a reduction of strains at higher frequencies so that above 40 Hz, the silicone-based actuators achieve larger actuation strains. The investigated actuators were used to control soft diffraction gratings on the actuator membrane. By measuring the acoustical resonance frequency of acrylic elastomer membranes at different pre-stretches, the shear modulus of the material could be determined on the basis of the Ogden hyperelastic material law.

Finally, in part III, an investigation of violins and their interactions with the bow is described in which minimally-invasive piezoelectric polymer films are used for vibration detection. Two film sensors were installed, respectively, on the bow and under the bridge 1of violins. With the two sensors under the bridge feet, the frequency response of violins was recorded, by which the frequency-dependent bridge motions could be determined. This method allows for a comprehensive characterisation of the signature modes with respect to the bridge dynamics. The results of the complementary methods of impulse excitation and natural playing of the violin could be compared owing to the sensors. To use the sensors on the bow – in particular, for a measurement of the bow force – the bow-sensor system was calibrated with the help of a materials testing machine. With the sensors on the bow, the transfer of string vibrations to the bow during normal playing could be captured. In the same measurement, longitudinal bow-hair resonances were identified which depend on the position of the string on the bow. The analysis of this phenomenon yielded the longitudinal wave velocity on the bow hair, an important factor for the string-bow coupling. Using the described system of sensors on the bow and the violin, further studies are proposed, in particular to relate the playability of bowed string instruments to the simultaneous bow and string vibrations. Thus, the yet incompletely fathomed role of the bow for sound and playability could be more comprehensively assessed.
KW  - musikalische Akustik
KW  - musical acoustics
KW  - Schwingungstilger
KW  - dynamic vibration absorber
KW  - Physik der Musikinstrumente
KW  - physics of musical instruments
KW  - Ferroelektrete
KW  - ferroelectrets
KW  - Piezoelektrische Sensoren
KW  - piezoelectric sensors
KW  - Dielektrische Elastomeraktoren
KW  - Geige
KW  - violin
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-411772
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TY  - THES
A1  - Bergweiler, Steffen
T1  - Körperoszillation und Schallabstrahlung akustischer Wellenleiter unter Berücksichtigung von Wandungseinflüssen und Kopplungseffekten : Verändern Metalllegierung und Wandungsprofil des Rohrresonators den Klang der labialen Orgelpfeife?
T1  - Oscillation and sound radiation of acoustic waveguides, with regard to the influences of material and synchronisation
N2  - Am Beispiel der Orgelpfeife wurde der Einfluss der Wandungsgeometrie des akustischen Wellenleiters auf die Schallabstrahlung untersucht. Für verschiedene Metalllegierungen wurden unterschiedliche Profile der Orgelpfeifenwandung verglichen: ein konisches Wandungsprofil mit zur Mündung hin abnehmender Wandungsstärke und ein paralleles Wandungsprofil mit konstanter Wandungsstärke. Für eine hohe statistische Sicherheit der Ergebnisse wurden sämtliche Untersuchungen an vier mal zehn Testpfeifen durchgeführt. Mit Ausnahme der beschriebenen Unterschiede sind die Pfeifen von gleichen Abmessungen und auf gleichen Klang intoniert. Die Überprüfung der Wandungseinflüsse auf den Klang besteht aus drei verschiedenen Untersuchungen: Erstens, einer subjektiven Hinterfragung der Wahrnehmbarkeit in einem Hörtest. Zweitens wurde der abgestrahlte Luftschall objektiv gemessen und das Spektrum der Pfeifen in seinen Komponenten (Teiltöne, Grundfrequenz) verglichen. Drittens wurde mit einer neuartigen Messtechnik die Oszillation des Pfeifenkörpers (ein einem akustischen Monopol entsprechendes "Atmen" des Querschnitts) untersucht. Die Ergebnisse belegen die Wahrnehmbarkeit unterschiedlicher Wandungsprofile als auch klare objektive Differenzen zwischen den emittierten Schallspektren. Ein Atmen mit guter Korrelation zur inneren Druckanregung bestätigt den Einfluss wandungsprofilabhängiger Oszillationen auf den Klang der Orgelpfeife. Schließlich wurde die Interaktion zweier in Abstand und Grundfrequenz nah beieinander liegender Orgelpfeifen überprüft. Als Ursache des dabei wahrnehmbaren Oktavsprung des Orgeltons konnte eine gegenphasiger Oszillation des Grundtons beider Pfeifen nachgewiesen werden.
N2  - The influence of the wall geometry of an acoustic waveguide on the sound radiation has been investigated on the example of the steady sound quality of an organ pipe. At the example of two different pipe materials two different pipe wall geometries were compared: a wedge-shaped conical wall profile with a decreasing wall strength towards the pipes open end and a constant wall profile with no change in wall strength, respectively. For statistic safety all investigations were exercised on a large test pipe series of 4 by 10 pipes, unique to our knowledge. Apart from the described differences, all pipes are produced and intonated to be as equal as possible. The verification of the wall geometries influences is based on three investigations: First, a subjective evaluation of the audible differences was performed. Second, differences in the broad spectra, the level of the harmonics partials and in the fundamental frequency were detected in an anechoic chamber. Third, with a new measurement technique we examined the oscillation of the pipe body (monopolic breathing of the pipe bodies cross-section) as source of the detected differences in the sound. The results show clear audible difference which are supported by measurable differences in airborne sound and body oscillations of the investigated pipes. Finally the interaction of two organ pipes closely space in frequency and distance has been investigated. The subjective impression of frequency doubling was detected as an anti-phase phase oscillation of the fundamental tone of both pipes leading to a dominance of the second harmonic.
KW  - Schallabstrahlung
KW  - Körperschall
KW  - Wellenleiter
KW  - Orgelpfeife
KW  - Labialpfeife
KW  - Rohr
KW  - Resonator
KW  - Material
KW  - Legierung
KW  - Kopplung
KW  - Synchronisation
KW  - Materialeinflüsse
KW  - Rohrresonator
KW  - oscillation
KW  - sound radiation
KW  - acoustic waveguide
KW  - flue organ pipe
KW  - alloy
KW  - material
KW  - synchronisation
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6561
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bartel, Melanie
T1  - Kernresonanz-Strukturuntersuchungen an alternativen Precursoren und deren Zwischenprodukten für die Herstellung von Carbonfasern für den Massenmarkt
T1  - Nuclear magnetic resonance structure analyses of alternative precursors and their intermediates for the manufacture of carbon fibers for the mass market
N2  - Carbonfasern haben sich in der Luft- und Raumfahrt etabliert und gewinnen in Alltagsanwendungen wie dem Automobilbereich, Windkraft- und Sportbereich durch ihre hohen Zugfestigkeiten, insbesondere ihrer hohen E-Moduli, und ihrer geringen Dichte immer mehr an Bedeutung. Auf Grund ihrer hohen Kosten, welche sich zur Hälfte aus der Precursorherstellung, inklusive seiner Synthese und seinem Verspinnprozess, dem Lösungsspinnverfahren, ergeben, erhalten zunehmend alternative und schmelzspinnbare Precursoren Interesse. Für die Carbonfaserherstellung wird fast ausschließlich Polyacrylnitril (PAN) verwendet, das vor dem Schmelzen irreversible exotherme Zyklisierungsreaktionen aufweist, welchen sich seine Zersetzung anschließt. Eine Möglichkeit der Reduzierung der Schmelztemperatur von Polymeren ist die Einbringung von Comonomeren zur Erhöhung des freien Volumens und die Reduzierung der intermolekularen Wechselwirkungen als interne Weichmacher. Wie am Fraunhofer IAP gezeigt wurde, kann mittels 2-Methoxyethylacrylat (MEA) die Schmelztemperatur zu neuartigen PAN-basierten Precursoren verringert werden. Um den PAN-co-MEA-Precursor für die nachfolgenden Prozessschritte der Carbonfaserherstellung zu verwenden, müssen die thermoplastischen Fasern in thermisch stabile Fasern ohne thermoplastisches Verhalten überführt werden. Es wurde ein neuer Prozessschritt (Prästabilisierung) eingeführt, welcher unter alkalischen Bedingungen zur Abspaltung der Comonomerseitenkette führt. Neben der Esterhydrolyse finden Reaktionen statt, welche an diesem Material noch nicht hinreichend untersucht wurden. Weiterhin stellt sich die Frage nach der Kinetik der Prästabilisierung und der Ermittlung einer geeigneten Prozessführung.

Hierzu wurde die Prästabilisierung in den Labormaßstab überführt und die möglichen Zusammensetzungen des aus DMSO und einer KOH-Lösung bestehenden Reaktionsmediums evaluiert. Weiterhin wurde die Behandlung bei verschiedenen Prästabilisierungszeiten von maximal 30 min und Temperaturen von 40, 50 und 60 °C durchgeführt, um primär mittels NMR-Spektroskopie die chemischen Strukturänderungen aufzuklären. Die Esterhydrolyse des Comonomers, welche zur Abspaltung des 2-Methoxyethanols führt, wurde mittels 1H-NMR-spektroskopischer Untersuchungen detektiert. 

Es wurde ein Modell aufgestellt, das die chemisch-physikalischen Strukturänderungen während der Prästabilisierung aufzeigt. Die zuerst ablaufende Reaktion ist die Esterhydrolyse am Comonomer, welche vom Faserrand nach innen verläuft und durch die Präsenz des DMSO in Kombination mit der KOH-Lösung (Superbase) initiiert wird. Der zeitliche Reaktionsverlauf der Esterhydrolyse kann in drei Bereiche eingeteilt werden. Der erste Bereich ab dem Prästabilisierungsbeginn wird durch die Diffusion der basischen Anionen in die Faser, der zweite Bereich durch die Reaktion an der Estergruppe des Comonomers und der dritte Bereich durch letzte Reaktionen im Faserinneren und diffusiven Prozessen der Produkte und Edukte charakterisiert. Der zweite Bereich kann mit einer Reaktion pseudo 1. Ordnung abgebildet werden, da in diesem Bereich bereits eine ausreichende Diffusion der Edukte in die Faser stattgefunden hat. Bei 50 °C spielt die Diffusion im ersten Bereich im Vergleich zur Reaktion eine untergeordnete Rolle. Mit Erhöhung der Temperatur auf 60 °C kann eine im Verhältnis geringere Diffusions- als Reaktionsgeschwindigkeit beobachtet werden. Die Nebenreaktionen wurden mittels 13C-CP/MAS-NMR-spektroskopischen, elementaranlaytischen Untersuchungen sowie Doppelbrechungsmessungen charakterisiert. Während der alkalischen Esterhydrolyse beginnt die Reduzierung der Nitrilgruppen unter der Bildung von primären Carbonsäureamiden und Carbonsäuren. Zur Beschreibung dieser Umsetzung wurde eine Methode entwickelt, welche die Addition von 13C-CP/MAS-NMR-Spektren der Modellsubstanzen PAN, PAM und PAA beinhaltet. Weitere stattfindende Reaktionen sind die Bildung von konjugierten Doppelbindungen, welche insbesondere auf eine Zyklisierung der Nitrile hinweisen. Die nasschemisch initiierte Zyklisierung der Nitrilgruppen kann zu kürzeren Stabilisierungszeiten und einem besser kontrollierbaren Stabilisierungsprozess durch geringere Wärmefreisetzung und schlussendlich zu einer Kostenersparnis des gesamten Verfahrens führen. Die Umsetzung der Nitrilgruppen konnte mit einer Reaktion pseudo 1. Ordnung gut abgebildet werden. DMSO initiiert die Esterhydrolyse, wobei die KOH-Konzentration einen höheren Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit der Ester- und Nitrilhydrolyse als die DMSO-Konzentration besitzt. Beide Reaktionen zeigen eine vergleichbare Abhängigkeit von der Temperatur. Die Erhöhung der Prästabilisierungszeit und der KOH- bzw. DMSO-Konzentration führt zur Migration niedermolekularer Bestandteile des Fasermaterials an die Oberfläche und der Bildung punktueller Ablagerungen bis hin zu miteinander verbundenen Einzelfasern. Eine weitere Erhöhung der Prästabilisierungszeit bzw. der Konzentration führt zu einem steigenden Carbonsäureanteil und zur Quellung des Fasermaterials, wodurch die Ablagerungen in das Reaktionsmedium diffundieren. Die Ablagerungen enthalten Chlor, welches durch den Waschvorgang mit HCl in das Materialsystem gelangt ist und durch Parameteranpassungen reduziert wurde. Die schmelzbaren Fasern konnten durch die Prästabilisierung erfolgreich über eine Kern-Mantel-Struktur in nicht-thermoplastische Fasern überführt werden.

Zur Ermittlung eines geeigneten Prozessfensters für nachfolgende thermische Beanspruchungen der prästabilisierten Fasern wurden drei Kriterien identifiziert, anhand welcher die Evaluation erfolgte. Das erste Kriterium beinhaltet die Notwendigkeit der vollständigen Aufhebung der thermoplastischen Eigenschaft der Fasern. Als zweites Kriterium diente die Fasermorphologie. Anhand von REM-Aufnahmen wurden Faserbündel mit separierten Einzelfasern ohne Ablagerungen für die nachfolgende Stabilisierung ausgewählt. Das dritte Kriterium bezieht sich auf eine möglichst geringe Umsetzung der Nitrilgruppen, um Prästabilisierungsbedingungen mit Nebenreaktionen zu vermeiden. 

Aus den Untersuchungen konnte eine Prästabilisierungstemperatur von 60 °C als geeignet identifiziert werden. Weiterhin führen hoch alkalische Zusammensetzungen des Reaktionsmediums mit KOH-Konzentrationen von 1, 1,5 und 2 M, vorzugsweise 1,5 M und 50 vol% DMSO mit Reaktionszeiten von unter 10 min zu geeigneten Fasern. Ein MEA-Anteil unterhalb von 2 mol% bewirkt eine Überführung in die Unschmelzbarkeit. Thermisch stabile und für die nachfolgende Stabilisierung geeignete Fasern besitzen weiterhin 68 – 80 mol% Nitrilgruppen, 20 – 25 mol% Carbonsäuren, bis zu 15 mol% primäre Carbonsäureamide und zyklisierte Strukturen.
N2  - Carbon fibers have been established in the aerospace industry and gain more importance for daily applications such as in the automotive, wind power or sport sector because of their high tensile strength, high modulus and low density. The high costs of carbon fibers arises from the precursor synthesis and especially from the precursor spinning using wet-spinning, which leads to an increasing interest in alternative and in meltspinable materials as precursors. Polyacrylonitrile (PAN) is used as precursor for carbon fiber manufacture and shows irreversible exothermic cyclic reactions before melting, followed by its decomposition. One possibility to decrease its melting temperature is the use of co-monomers increasing the free volume und reducing the intermolecular interactions acting as internal plasticizers. The Fraunhofer IAP developed a meltspinable PAN-based material with 2-methoxyethylacrylate as co-monomer resulting in new PAN-co-MEA precursor fibers. To use the PAN-co-MEA precursor for carbon fiber production, the thermoplastic fibers have to be converted into non-meltable ones. Therefor a new process step was included named prestabilization, which leads to a scission of the co-monomer side chain. The specific timescale and kinetics of the new process step of prestabilization under alkaline conditions as well as the side reactions are still unclear. Furthermore, a specific parameter set for prestabilization is needed.

For this, the prestabilization was converted into laboratory scale. The reaction medium consists of DMSO and a KOH solution, which were varied in concentration to determine a suitable composition of the reaction medium. Further varied parameters were the reaction time with a maximum of 30 min and a temperature of 40, 50 and 60 °C. The chemical structure changes were primarily determined via NMR spectroscopy. For the study of the alkaline ester hydrolysis of the co-monomer resulting in the cleavage of the side chain, 1H-NMR spectroscopic analysis was used. 

For the chemical and physical structure changes during the prestabilization a model was proposed. The first reaction is the ester hydrolysis from fiber edge to interior initiated by the superbase composed of DMSO and KOH solution. The chronological sequence of MEA reduction can be subdivided in three areas. The first area from the beginning of prestabilization is characterized by the diffusion of the basic anions in the fiber. In the second area the reaction of the ester hydrolysis takes place which can be fitted in this area by a reaction of pseudo 1. order. The third area is characterized by reaction of the last co-monomers and the diffusion of the products out of the fiber. At 50 °C compared to the reaction, the diffusion of the anions into the fiber is a secondary effect. An increase in temperature to 60 °C shifts the diffusion/reaction balance to a higher reaction velocity. The side reactions were detected via 13C-CP/MAS-NMR spectroscopy, elemental analysis and measurements of the birefringence. During the alkaline ester hydrolysis, the nitrile groups reacted to primary carbon acid amides and afterwards to carbon acids. This reaction path was described via a new developed technique consisting of the addition of 13C-CP/MAS-NMR spectra of model substances PAN, PAM and PAA. Further side reactions were the generation of conjugated double bonds, which indicate cyclization. The wet-chemical initiated cyclization of the nitrile groups could lead to shorter stabilization times und a more controllable stabilization process because of less heat release and in the end it could lead to a less expensive process. The sum of overall nitrile reactions could be described with a reaction of pseudo 1. order. The ester hydrolysis is initiated because of the presence of DMSO but the reaction velocity of the ester hydrolysis and the hydrolysis of nitrile groups are more influenced by the KOH concentration than by the DMSO concentration. Both reactions show a similar dependence on temperature. Low-molecular weight components of the precursor migrate out of the fiber to the surface to form punctual deposits with increasing prestabilization time and concentration. These deposits contain chlorine from the washing process with HCl which was reduced with optimized parameters. Because of changed chemical structure with increasing carbon acids the fiber swells and leads to interconnected single fibers without deposits. The meltable fibers were successfully converted to non-meltable ones via a core-shell structure. 

To determine a suitable parameter set of the prestabilization for the subsequent thermal processing step of stabilization, three criteria were identified. The first necessary criterion denotes the thermal stability of the fibers. The second criterion is an unchanged or insignificant changed fiber morphology, respectively. Via the evaluation of SEM images fiber morphologies without deposits and without interconnected single fibers were chosen for a suitable parameter set for subsequent stabilization. The third criterion was a low conversion of the nitrile groups to have precursors with low amount of side reactions. 

The investigations lead to a temperature for prestabilization of 60 °C. Furthermore, reaction media with a high alkaline content of 1, 1.5 and 2 M KOH, especially 1.5 M KOH, with 50 vol% DMSO and reaction times of less than 10 min result in suitable fibers. The MEA content should be less than 2 mol% to convert the meltable in non-meltable fibers. Thermal stable and for the stabilization suitable fibers also contain 68 – 80 mol% nitrile groups, 20 - 25 mol% carbon acids, up to 15 mol% primary carbon acid amides and cyclic structures.
KW  - Carbonfaser Herstellung
KW  - carbon fiber manufacture
KW  - Prästabilisierung
KW  - Hydrolyse
KW  - PAN
KW  - Precursor
KW  - NMR
KW  - prestabilization
KW  - hydrolysis
KW  - PAN
KW  - precursor
KW  - NMR
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469301
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A1  - Förste, Stefanie
T1  - Assemblierung von Proteinkomplexen in vitro und in vivo
T1  - Assembly of protein complexes in vitro and in vivo
N2  - Proteine sind an praktisch allen Prozessen in lebenden Zellen maßgeblich beteiligt. Auch in der Biotechnologie werden Proteine in vielfältiger Weise eingesetzt.
Ein Protein besteht aus einer Kette von Aminosäuren. Häufig lagern sich mehrere dieser Ketten zu größeren Strukturen und Funktionseinheiten, sogenannten Proteinkomplexen,
zusammen. Kürzlich wurde gezeigt, dass eine Proteinkomplexbildung bereits während der Biosynthese der Proteine (co-translational) stattfinden kann
und nicht stets erst danach (post-translational) erfolgt. Da Fehlassemblierungen von Proteinen zu Funktionsverlusten und adversen Effekten führen, ist eine präzise und verlässliche Proteinkomplexbildung sowohl für zelluläre Prozesse als auch für biotechnologische Anwendungen essenziell. Mit experimentellen Methoden lassen sich zwar u.a. die Stöchiometrie und die Struktur von Proteinkomplexen bestimmen,
jedoch bisher nicht die Dynamik der Komplexbildung auf unterschiedlichen Zeitskalen. Daher sind grundlegende Mechanismen der Proteinkomplexbildung noch nicht vollständig verstanden. Die hier vorgestellte, auf experimentellen Erkenntnissen aufbauende, computergestützte Modellierung der Proteinkomplexbildung erlaubt eine umfassende Analyse des Einflusses physikalisch-chemischer Parameter
auf den Assemblierungsprozess. Die Modelle bilden möglichst realistisch die experimentellen Systeme der Kooperationspartner (Bar-Ziv, Weizmann-Institut, Israel; Bukau und Kramer, Universität Heidelberg) ab, um damit die Assemblierung von Proteinkomplexen einerseits in einem quasi-zweidimensionalen synthetischen Expressionssystem (in vitro) und andererseits im Bakterium Escherichia coli (in vivo) untersuchen zu können. Mit Hilfe eines vereinfachten Expressionssystems, in dem die Proteine nur an die Chip-Oberfläche, aber nicht aneinander binden können, wird das theoretische Modell parametrisiert. In diesem vereinfachten in-vitro-System durchläuft die Effizienz der Komplexbildung drei Regime – ein bindedominiertes Regime, ein Mischregime und ein produktionsdominiertes Regime. Ihr Maximum erreicht die Effizienz dabei kurz nach dem Übergang vom bindedominierten ins Mischregime und fällt anschließend monoton ab. Sowohl im nicht-vereinfachten in-vitro- als auch im in-vivo-System koexistieren je zwei konkurrierende Assemblierungspfade: Im in-vitro-System erfolgt die Komplexbildung entweder spontan in wässriger Lösung (Lösungsassemblierung) oder aber in einer definierten Schrittfolge an der Chip-Oberfläche (Oberflächenassemblierung); Im in-vivo-System konkurrieren hingegen die co- und die post-translationale Komplexbildung. Es zeigt sich, dass die Dominanz der Assemblierungspfade im in-vitro-System zeitabhängig ist und u.a. durch die Limitierung und Stärke der Bindestellen auf der Chip-Oberfläche beeinflusst werden kann. Im in-vivo-System hat der räumliche Abstand zwischen den Syntheseorten der beiden Proteinkomponenten nur dann einen Einfluss auf die Komplexbildung, wenn die Untereinheiten schnell degradieren. In diesem Fall dominiert die co-translationale Assemblierung auch auf kurzen Zeitskalen deutlich, wohingegen es bei stabilen Untereinheiten zu einem Wechsel von der Dominanz der post- hin zu einer geringen Dominanz der co-translationalen Assemblierung kommt. Mit den in-silico-Modellen lässt sich neben der Dynamik u.a. auch die Lokalisierung der Komplexbildung und -bindung darstellen, was einen Vergleich der theoretischen Vorhersagen mit experimentellen Daten und somit eine Validierung der Modelle ermöglicht. Der hier präsentierte in-silico Ansatz ergänzt die experimentellen Methoden, und erlaubt so, deren Ergebnisse zu interpretieren und neue Erkenntnisse davon abzuleiten.
KW  - Assemblierung
KW  - Proteine
KW  - Multiproteinkomplexbildung
KW  - co-translationale Assemblierung
KW  - post-translationale Assemblierung
KW  - Lösung
KW  - Oberfläche
KW  - Lösungsassemblierung
KW  - Oberflächenassemblierung
KW  - co-translational
KW  - post-translational
KW  - assembly
KW  - proteins
KW  - multi protein complex formation
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-550742
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A1  - Garz, Andreas
T1  - Nichtlineare Mikroskopie und Bilddatenverarbeitung zur biochemischen Analyse synchronisierter Chlamydomonas-Zellen
T1  - Non-linear microscopy and image data processing for biochemical analysis of synchronized Chlamydomonas cells
N2  - Unter geeigneten Wachstumsbedingungen weisen Algenkulturen oft eine größere Produktivität der Zellen auf, als sie bei höheren Pflanzen zu beobachten ist. Chlamydomonas reinhardtii-Zellen sind vergleichsweise klein. So beträgt das Zellvolumen während des vegetativen Zellzyklus etwa 50–3500 µm³. Im Vergleich zu höheren Pflanzen ist in einer Algensuspension die Konzentration der Biomasse allerdings gering. So enthält beispielsweise 1 ml einer üblichen Konzentration zwischen 10E6 und 10E7 Algenzellen. Quantifizierungen von Metaboliten oder Makromolekülen, die zur Modellierung von zellulären Prozessen genutzt werden, werden meist im Zellensemble vorgenommen. Tatsächlich unterliegt jedoch jede Algenzelle einer individuellen Entwicklung, die die Identifizierung charakteristischer allgemeingültiger Systemparameter erschwert. Ziel dieser Arbeit war es, biochemisch relevante Messgrößen in-vivo und in-vitro mit Hilfe optischer Verfahren zu identifizieren und zu quantifizieren. Im ersten Teil der Arbeit wurde ein Puls-Amplituden-Modulation(PAM)-Fluorimetriemessplatz zur Messung der durch äußere Einflüsse bedingten veränderlichen Chlorophyllfluoreszenz an einzelnen Zellen vorgestellt. Die Verwendung eines kommerziellen Mikroskops, die Implementierung empfindlicher Nachweiselektronik und einer geeignete Immobilisierungsmethode ermöglichten es, ein Signal-zu-Rauschverhältnis zu erreichen, mit dem Fluoreszenzsignale einzelner lebender Chlamydomonas-Zellen gemessen werden konnten. Insbesondere wurden das Zellvolumen und der als Maß für die Effizienz des Photosyntheseapparats bzw. die Zellfitness geltende Chlorophyllfluoreszenzparameter Fv/Fm ermittelt und ein hohes Maß an Heterogenität dieser zellulären Parameter in verschiedenen Entwicklungsstadien der synchronisierten Chlamydomonas-Zellen festgestellt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die bildgebende Laser-Scanning-Mikroskopie und anschließende Bilddatenanalyse zur quantitativen Erfassung der wachstumsabhängigen zellulären Parameter angewandt. Ein kommerzielles konfokales Mikroskop wurde um die Möglichkeit der nichtlinearen Mikroskopie erweitert. Diese hat den Vorteil einer lokalisierten Anregung, damit verbunden einer höheren Ortsauflösung und insgesamt geringeren Probenbelastung. Weiterhin besteht neben der Signalgewinnung durch Fluoreszenzanregung die Möglichkeit der Erzeugung der Zweiten Harmonischen (SHG) an biophotonischen Strukturen, wie der zellulären Stärke. Anhand der Verteilungsfunktionen war es möglich mit Hilfe von modelltheoretischen Ansätzen zelluläre Parameter zu ermitteln, die messtechnisch nicht unmittelbar zugänglich sind. Die morphologischen Informationen der Bilddaten ermöglichten die Bestimmung der Zellvolumina und die Volumina subzellularer Strukturen, wie Nuclei, extranucleäre DNA oder Stärkegranula. Weiterhin konnte die Anzahl subzellulärer Strukturen innerhalb einer Zelle bzw. eines Zellverbunds ermittelt werden. Die Analyse der in den Bilddaten enthaltenen Signalintensitäten war Grundlage einer relativen Konzentrationsbestimmung von zellulären Komponenten, wie DNA bzw. Stärke. Mit dem hier vorgestellten Verfahren der nichtlinearen Mikroskopie und nachfolgender Bilddatenanalyse konnte erstmalig die Verteilung des zellulären Stärkegehalts in einer Chlamydomonas-Population während des Wachstums bzw. nach induziertem Stärkeabbau verfolgt werden. Im weiteren Verlauf wurde diese Methode auch auf Gefrierschnitte höherer Pflanzen, wie Arabidopsis thaliana, angewendet. Im Ergebnis wurde gezeigt, dass viele zelluläre Parameter, wie das Volumen, der zelluläre DNA- und Stärkegehalt bzw. die Anzahl der Stärkegranula durch eine Lognormalverteilung, mit wachstumsabhängiger Parametrisierung, beschrieben werden. Zelluläre Parameter, wie Stoffkonzentration und zelluläres Volumen, zeigen keine signifikanten Korrelationen zueinander, woraus geschlussfolgert werden muss, dass es ein hohes Maß an Heterogenität der zellulären Parameter innerhalb der synchronisierten Chlamydomonas-Populationen gibt. Diese Aussage gilt sowohl für die als homogenste Form geltenden Synchronkulturen von Chlamydomonas reinhardtii als auch für die gemessenen zellulären Parameter im intakten Zellverbund höherer Pflanzen. Dieses Ergebnis ist insbesondere für modelltheoretische Betrachtungen von Relevanz, die sich auf empirische Daten bzw. zelluläre Parameter stützen welche im Zellensemble gemessen wurden und somit nicht notwendigerweise den zellulären Status einer einzelnen Zelle repräsentieren.
N2  - Under appropriate growth conditions cells of algae cultures often show a greater productivity than it is observed for cells in higher plants. The cells of Chlamydomonas reinhardtii are relatively small. The cell volume during the vegetative cell cycle ranges only between 50-3500 µm³. Compared to higher plants the concentration of biomass in an algal suspension is small. Thus, 1 ml of a suspension with a standard concentration contains between 10E6 and 10E7 algal cells. Quantification of metabolites or macromolecules, which are used for modeling of cellular processes, is usually carried out in the cell ensemble. However, every single algal cell undergoes an individual development, which makes the identification of characteristic universal system parameters far more complicated. The aim of this work was to identify and quantify relevant biochemical parameters, which were measured in vivo and in vitro using optical methods. In the first part, a Pulse Amplitude Modulation (PAM) measuring station was introduced to measure the variable chlorophyll fluorescence of individual cells. A commercial microscope was combined with sensitive detection electronics and the application of suitable immobilization methods. This allowed the achievement of a signal-to-noise ratio which made it possible to measure the fluorescence signals of individual living Chlamydomonas cells. In particular, cell volume and the chlorophyll fluorescence parameter Fv/Fm as a measure of the photosynthetic apparatus efficiency and cell fitness were determined. A high degree of cellular heterogeneity of these parameters in different development stages of synchronized Chlamydomonas cells was determined. In the second part, the imaging laser scanning microscopy and subsequent image analysis for quantitative detection of the growth-dependent cellular parameters were applied. A commercial confocal microscope was extended by the possibility of non-linear microscopy. Hereby, a more localized excitation of the samples was possible. Hence, a higher spatial resolution and lower overall sample stressing were achieved. Besides signal generation through fluorescence excitation, second harmonic generation (SHG) on biophotonic structures, such as cellular starch, was applied. Based on distribution functions cellular parameters were determined by using theoretical model approaches. This allowed the characterization of parameters that were not directly accessible by measurement. The morphological information of the image data enabled the determination of cell volume and volumes of sub-cellular structures such as nuclei, extra-nuclear DNA, and starch granules. Furthermore, the number of sub-cellular structures within a cell or a cell compound was determined. Analysis of signal intensities constituted the basis of relative quantification of cellular components such as DNA and starch. For the first time, the method of non-linear microscopy and subsequent image analysis enabled the characterization of the cellular starch distribution of a Chlamydomonas population during cell growth, and after induced starch degradation, respectively. Subsequently, this method was additionally applied to frozen sections of higher plants like Arabidopsis thaliana. As a result it was shown that many cellular parameters like volume, cellular DNA content, and number of starch granules are described by means of a log-normal distribution with growth-related parameterization. Cellular parameters, such as concentration and cellular volume, showed no significant correlations among each other. Therefore, it was concluded that there is a high degree of cellular parameter heterogeneity within synchronized Chlamydomonas populations. This applies not only to synchronized cultures of Chlamydomonas reinhardtii, which are currently considered as the most homogeneous form, but also to measured cellular parameters of intact cell assemblies in higher plants. The result is especially important for model-theoretic considerations, which are based on empirical data, and cellular parameters obtained from cell ensembles, respectively.
KW  - Nichtlineare Mikroskopie
KW  - Bilddatenanalyse
KW  - Einzelzellanalyse
KW  - Stärkemetabolismus
KW  - Zellimmobilisierung
KW  - non-linear microscopy
KW  - image data analysis
KW  - single cell analysis
KW  - starch metabolism
KW  - cell immobilization
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66904
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A1  - Beckmann, Johanna
T1  - Impacts of arctic climate change on sea level and and atmospheric circulation in the Northern mid-laltitudes
Y1  - 2018
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A1  - Rettig, Robert
T1  - Über die Anisotropie der Kosmischen Strahlung
Y1  - 2016
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A1  - Müller, Jirka
T1  - Untersuchungen zum flow-Erleben bei Experimenten als physikalische Lerngelegenheit
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, in wie weit physikalische Experimente ein flow-Erleben bei Lernenden hervorrufen. Flow-Erleben wird als Motivationsursache gesehen und soll den Weg zu Freude und Glück darstellen. Insbesondere wegen dem oft zitierten Fachkräftemangel in naturwissenschaftlichen und technischen Berufen ist eine Motivationssteigerung in naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern wichtig. Denn trotz Leistungssteigerungen in internationalen Vergleichstests möchten in Deutschland deutlich weniger Schüler*innen einen solchen Beruf ergreifen als in anderen Industriestaaten. Daher gilt es, möglichst früh Schüler*innen für naturwissenschaftlich-technische Fächer zu begeistern und insbesondere im regelrecht verhassten Physikunterricht flow-Erleben zu erzeugen. 
Im Rahmen dieser Arbeit wird das flow-Erleben von Studierenden in klassischen Laborexperimenten und FELS (Forschend-Entdeckendes Lernen mit dem Smartphone) als Lernumgebung untersucht. FELS ist eine an die Lebenswelt der Schüler*innen angepasste Lernumgebung, in der sie mit Smartphones ihre eigene Lebenswelt experimentell untersuchen. 
Es zeigt sich, dass sowohl klassische Laborexperimente als auch in der Lebenswelt durchgeführte, smartphonebasierte Experimente  flow-Erleben erzeugen. Allerdings verursachen die smartphonebasierten Experimente kaum Stressgefühle. 
Die in dieser Arbeit herausgefundenen Ergebnisse liefern einen ersten Ansatz, der durch Folgestudien erweitert werden sollte.
N2  - The present work examines to what extent physical experiments induce a flow-experience in students. Experiencing flow is seen as a source of motivation and should represent the path to joy and happiness. In particular, because of the often-cited shortage of employees in the natural sciences and technical professions, increasing motivation in natural sciences subjects is important. Because despite performance increases in international comparative tests, significantly fewer students in Germany want to take up such a profession than in other industrialized countries. It is therefore important to get students enthusiastic about scientific and technical subjects as early as possible and, in particular, to create a flow experience in the downright hated physics class.
In the context of this work, the flow-experience of students is examined as a learning environment in classic laboratory experiments and FELS (inquiry-based learning with the smartphone, based on the German term: Forschend-Entdeckendes Lernen mit dem Smartphone). FELS is a learning environment adapted to the students' living environment, in which they use smartphones to experimentally examine their own living environment.
It turns out that both classic laboratory experiments and smartphone-based experiments create flow-experiences. However, the smartphone-based experiments hardly cause any feelings of stress.
The results found in this work provide a first approach, which should be expanded through follow-up studies.
T2  - Examining the flow-experience in experiments as a physical learning opportunity
KW  - Flow
KW  - Smartphone
KW  - Experimente
KW  - Physikdidaktik
KW  - FELS
KW  - Lernumgebung
KW  - blended learning
KW  - Forschend Entdeckendes Lernen
KW  - inquiry based learning
KW  - physics education
KW  - learning environment
KW  - experiment
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-482879
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A1  - Kulikovsky, Lazar
T1  - Experimentelle Untersuchung der Ladungsträgerdynamik in photorefraktiven Polymeren
N2  - Die heutige optische Informationsverarbeitung erfordert neue Materialien, die Licht effektiv verarbeiten, steuern und speichern können. Photorefraktive (PR) Materialien sind dafür sehr interessant. In diesen Materialien entsteht bei inhomogener Beleuchtung (z.B. mit einem Intererenzmuster) über Ladungsträgergenerierung und Einfang der Ladungsträger in Fallen ein Raumladungsfeld. Dieses wird über den elektrooptischen Effekt in eine räumliche Modulation des Brechungsindex umgesetzt. Letztendlich führt somit die inhomogene Beleuchtung eines PR-Materials zu einer räumlich variierenden Änderung des Brechungsindex. Vor ca. 10 Jahren wurde entdeckt, dass auch Polymere einen PR-Effekt aufweisen können. Die Ansprechzeit dieser Materialien wird dabei wesentlich durch die Dynamik der Ladungsträger (bestimmt durch Erzeugung, Transport, Einfang in Fallen etc.) begrenzt. Bis zu Beginn dieser Arbeit war es noch nicht gelungen, einen quantitativen Zusammenhang zwischen der Ladungsträgerdynamik und der Ansprechzeit des PR-Effekts experimentell nachzuweisen. In dieser Arbeit wird ein Weg aufgezeigt, durch photophysikalische Experimente unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen alle photophysikalischen Größen experimentell zu bestimmen, die den Aufbau des Raumladungsfelds in organischen photorefraktiven Materialien bestimmen. So konnte durch Experimente unter Beleuchtung mit kurzen Einzelpulsen sowohl die Beweglichkeit der freien Ladungsträger als auch die charakteristischen Parameter flacher Fallen ermittelt werden. Zur Bestimmung der Dichte tiefer Fallen wurde die Intensitätsabhängigkeit des stationären Photostroms untersucht. Durch die analytische Lösung des bestimmenden Gleichungssystems konnte gezeigt werden, dass die Sublinearität der Intensitätsabhängigkeit des Photostroms primär mit dem Verhältnis zwischen Entleerungs- und Einfangkoeffizienten tiefer Fallen korreliert. Zur unabhängigen Bestimmung des Entleerungskoeffizienten der tiefen Fallen wurden Doppelpulsexperimente mit variabler Verzögerungszeit zwischen den Pulsen verwendet. Mit den erhaltenen Parametern konnte dann das untere Limit der zum Aufbau des Raumladungsfelds notwendigen Zeit abgeschätzt werden. Diese Werte wurden mit den gemessenen photorefraktiven Ansprechzeiten verglichen. Es zeigt sich, dass weder die Photogeneration noch der Transport der Ladungsträger die Geschwindigkeit des Aufbaus des Raumladungsfeldes limitiert. Stattdessen konnte erstmals quantitativ nachgewiesen werden, dass die Dynamik des Raumladungsfelds in den hier untersuchten PR-Materialien durch das Füllen tiefer Fallen mit photogenerierten Ladungsträgern bestimmt wird. Dabei spielt das Verhältnis zwischen dem Einfang- und dem Rekombinationskoeffizienten eine wesentliche Rolle. Weiterhin wurde die Dynamik des Aufbaus des Raumladungsfelds bei unterschiedlichen Vorbeleuchtungsbedingungen quantitativ simuliert und mit den experimentellen PR-Transienten verglichen. Die gute Übereinstimmung zwischen den simulierten und gemessenen Transienten erlaubte es abschließend, die kritischen Parameter, die die Dynamik des PR-Effekts in den untersuchten Polymeren begrenzen, zu identifizieren.
N2  - The ongoing development of information processing requires new materials that are capable of effective light modulation, processing or storage. Photorefractive (PR) materials characterized by a reversible light-induced change of the refractive index have been effectively used for different optical applications. When a photorefractive medium is inhomogeneously irradiated, using for example an interference pattern, the generation, transport and trapping of the charge carriers results in the formation of a space charge field. The spatial modulation of the space charge field is transformed through the electro-optical effect into a modulation of the refractive index. While photorefractive crystals are well known since the discovery of the PR effect in 1966, the photorefractive effect in polymers has only recently been demonstrated. The flexibility of material composition and thus its parameters along with easy processability of polymer materials essentially extends the range of possible applications of photorefractive materials. The response time of PR polymers is defined by the charge carrier dynamics including generation, transport, trapping etc. But a relation between the charge carriers dynamics and the response time of PR effect has not yet been proven experimentally. In this work a method for the experimental determination of all photo-physical parameters defining the formation of the space charge field in organic photorefractive materials has been proposed for the first time. It is based on the analysis of the photocurrent measured under different irradiation conditions such as continuous and pulse irradiation with different intensities, the variation of the pulse length, the number of pulses or the delay between pulses. Thus, the irradiation with single short pulses allowed to determine the mobility of free charge carriers as well as the characteristic parameters of shallow traps. In order to determine the density of deep traps, the intensity dependence of the steady-state photocurrent was investigated. The determining system of equations was analytically solved and it has been shown that the sublinear dependence of the photocurrent on intensity is primary correlated with the ratio of detrapping and trapping coefficients for deep traps. The detrapping coefficient of deep traps was independently determined from double-pulse experiments in which the delay between two pulses was varied. The dynamics of the space charge field formation has been numerically simulated, using the obtained photophysical parameters, and proven to coincide well with the experimentally determined dynamics of the PR effect. This allowed to relate the parameters of the individual processes participating in the formation of the space charge field to the dynamics of the PR effect in the investigated polymers. These results show that neither photogeneration nor transport of the charge carriers do limit the formation of the space charge field. It is demonstrated that in the investigated PR materials the dynamics of the space charge field is limited by the filling of deep traps with the photogenerated charge carriers.
KW  - Photorefraktive Polymere
KW  - Raumladungsfeld
KW  - Ladungsträgerdynamik
KW  - Photogeneration
KW  - Trapping
KW  - Rekombination
KW  - Photorefractive polymers
KW  - space charge field
KW  - carrier dynamic
KW  - photogeneration
KW  - trapping
KW  - recombination
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001205
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TY  - THES
A1  - Steyrleuthner, Robert
T1  - Korrelation von Struktur, optischen Eigenschaften und Ladungstransport in einem konjugierten Naphthalindiimid-Bithiophen Copolymer mit herausragender Elektronenmobilität
T1  - Correlation of structure, optical properties and charge transport in a conjugated naphtalendiimide-bithiophene copolymer with outstanding electron mobility
N2  - Organische Halbleiter besitzen neue, bemerkenswerte Materialeigenschaften, die sie für die grundlegende Forschung wie auch aktuelle technologische Entwicklung (bsw. org. Leuchtdioden, org. Solarzellen) interessant werden lassen. Aufgrund der starken konformative Freiheit der konjugierten Polymerketten führt die Vielzahl der möglichen Anordnungen und die schwache intermolekulare Wechselwirkung für gewöhnlich zu geringer struktureller Ordnung im Festkörper. Die Morphologie hat gleichzeitig direkten Einfluss auf die elektronische Struktur der organischen Halbleiter, welches sich meistens in einer deutlichen Reduktion der Ladungsträgerbeweglichkeit gegenüber den anorganischen Verwandten zeigt. So stellt die Beweglichkeit der Ladungen im Halbleiter einen der limitierenden Faktoren für die Leistungsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad von funktionellen organischen Bauteilen dar. Im Jahr 2009 wurde ein neues auf Naphthalindiimid und Bithiophen basierendes Dornor/Akzeptor Copolymer vorgestellt [P(NDI2OD‑T2)], welches sich durch seine außergewöhnlich hohe Ladungsträgermobilität auszeichnet. In dieser Arbeit wird die Ladungsträgermobilität in P(NDI2OD‑T2) bestimmt, und der Transport durch eine geringe energetischer Unordnung charakterisiert. Obwohl dieses Material zunächst als amorph beschrieben wurde zeigt eine detaillierte Analyse der optischen Eigenschaften von P(NDI2OD‑T2), dass bereits in Lösung geordnete Vorstufen supramolekularer Strukturen (Aggregate) existieren. Quantenchemische Berechnungen belegen die beobachteten spektralen Änderungen. Mithilfe der NMR-Spektroskopie kann die Bildung der Aggregate unabhängig von optischer Spektroskopie bestätigt werden. Die Analytische Ultrazentrifugation an P(NDI2OD‑T2) Lösungen legt nahe, dass sich die Aggregation innerhalb der einzelnen Ketten unter Reduktion des hydrodynamischen Radius vollzieht. Die Ausbildung supramolekularen Strukturen nimmt auch eine signifikante Rolle bei der Filmbildung ein und verhindert gleichzeitig die Herstellung amorpher P(NDI2OD‑T2) Filme. Durch chemische Modifikation der P(NDI2OD‑T2)-Kette und verschiedener Prozessierungs-Methoden wurde eine Änderung des Kristallinitätsgrades und gleichzeitig der Orientierung der kristallinen Domänen erreicht und mittels Röntgenbeugung quantifiziert. In hochauflösenden Elektronenmikroskopie-Messungen werden die Netzebenen und deren Einbettung in die semikristallinen Strukturen direkt abgebildet. Aus der Kombination der verschiedenen Methoden erschließt sich ein Gesamtbild der Nah- und Fernordnung in P(NDI2OD‑T2). Über die Messung der Elektronenmobilität dieser Schichten wird die Anisotropie des Ladungstransports in den kristallographischen Raumrichtungen von P(NDI2OD‑T2) charakterisiert und die Bedeutung der intramolekularen Wechselwirkung für effizienten Ladungstransport herausgearbeitet. Gleichzeitig wird deutlich, wie die Verwendung von größeren und planaren funktionellen Gruppen zu höheren Ladungsträgermobilitäten führt, welche im Vergleich zu klassischen semikristallinen Polymeren weniger sensitiv auf die strukturelle Unordnung im Film sind.
N2  - Organic semiconductors are in the focus of recent research and technological development (eg. for organic light-emitting diodes and solar cells) due to their specific and outstanding material properties. The strong conformational freedom of conjugated polymer chains usually leads to a large number of possible geometric arrangements while weak intermolecular interactions additionally lead to poor structural order in the solid state. At the same time the morphology of those systems has direct influence on the electronic structure of the organic semiconductor which is accompanied by a significant reduction of the charge carrier mobility in contrast to their inorganic counterparts. In that way the transport of charges within the semiconductor represents one of the main limiting factors regarding the performance and efficiency of functional organic devices. In 2009 Facchetti and coworkers presented a novel conjugated donor/acceptor copolymer based on naphthalene diimide and bithiophene [P(NDI2OD‑T2)] which was characterized by an outstanding charge carrier mobility. In this work the mobility of electrons and holes in the bulk of P(NDI2OD‑T2) is determined by single carrier devices and the time-of-flight technique. The results imply a low energetic disorder in these polymer layers. While the material was initially expected to be mainly amorphous, a detailed study of the photophysical properties of P(NDI2OD‑T2) shows that precursors of supramolecular assemblies (aggregates) are already formed in polymer solution. Quantum-chemical calculations support the occurring optical changes. NMR spectroscopy was applied to independently prove the formation of chain aggregates in commonly used organic solvents. The investigation of P(NDI2OD‑T2) solutions by analytical ultracentrifugation implies that aggregation mainly proceeds within single polymer chains by reduction of the hydrodynamic radius. To understand the influence of the chemical structure, pre-aggregation and crystal packing of conventional regioregular P(NDI2OD-T2) on the charge transport, the corresponding regioirregular polymer RI-P(NDI2OD-T2) was synthesized. By combining optical, X-ray, and transmission electron microscopy data, a quantitatively characterization of the aggregation, crystallization, and backbone orientation of all of the polymer films was possible, which was then correlated to the electron mobilities in electron-only diodes. The anisotropy of the charge transport along the different crystallographic directions is demonstrated and how the mobility depends on π-stacking but is insensitive to the degree or coherence of lamellar stacking. The comparison between the regioregular and regioirregular polymers also shows how the use of large planar functional groups leads to improved charge transport, with mobilities that are less affected by chemical and structural disorder with respect to classic semicrystalline polymers such as poly(3-hexylthiophene).
KW  - organische Halbleiter
KW  - Ladungstransport
KW  - Solarzellen
KW  - Polymere
KW  - Photophysik
KW  - organic semiconductor
KW  - charge transport
KW  - solar cells
KW  - polymers
KW  - photo physics
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71413
ER  - 
TY  - THES
A1  - Henneberg, Oliver
T1  - In-situ Untersuchungen zur Entstehung von Oberflächengittern in Polymeren
N2  - In festen azobenzenhaltigen Polymeren wurde bei Bestrahlung mit blauem Licht ein makroskopischer Materialtransport beobachtet. Um die Dynamik der Gitterentstehung zu verfolgen, wurde am Speicherring für Synchrotronstrahlung ein Gitterschreibaufbau errichtet. Damit konnte erstmals in dieser Arbeit die Gitterbildungsgeschwindigkeit in-situ simultan mit Röntgen- und Lichtstreuung untersucht werden. Mit Hilfe einer speziellen Anpassung der Röntgenstreutheorie konnten sehr gute Übereinstimmungen von theoretischen Berechnungen mit den Messergebnissen erzielt werden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich zeitgleich mit einem Oberflächengitter auch ein Dichtegitter entwickelt. Durch die Trennung beider Streuanteile ließ sich die Dynamik der Strukturentstehungen bestimmen. Des weiteren konnte erstmals mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie die molekulare Orientierung an der Oberfläche eines Oberflächengitters nachgewiesen werden. Die Bewegungsursache kann auf einen Impulsübertrag während der Isomerisierung zurückgeführt werden, während die Bewegungsrichtung durch den elektrischen Feldvektor festgelegt wird. Die Theorie der Gitterentstehung konnte verbessert werden.
N2  - Solid azobenzene containing polymers show a macroscopic material transport under illumination with blue light. A writing setup was constructed at a synchrotron beamline in order to investigate the dynamics of the grating formation. With this setup it was possible to record the grating velocity for the first time simultaneously with x-ray and laser light scattering.  A very good consistency could be achieved between the experiments and a suitable accomodation of the x-ray scattering theory. The theory reveals, that a density grating develops simultaneously with a surface grating. By separation of both parts the dynamics was determined for the density and the surface grating. The molecular ordering was determined at the surface with photoelectron spectroscopy. A momentum transfer could be identified as the source of the movement while the electric field defines the direction of the movement. The theory of the grating formation was improved.
KW  - Azobenenzen
KW  - Gitter
KW  - Holographie
KW  - hochauflösende Röntgenstreuung
KW  - Synchrotronstrahlung
KW  - azobenzene
KW  - grating
KW  - holography
KW  - high resolution x-ray diffraction
KW  - synchrotron radiation
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001331
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schattauer, Sylvia
T1  - Hybride Dünnschicht-Solarzellen aus mesoporösem Titandioxid und konjugierten Polymeren
T1  - Hybrid thin solar cells comprising mesoporous titanium dioxide and conjugated polymers
N2  - Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der aktiven Komponenten und ihrer Wechselwirkungen in teilorganischen Hybrid-Solarzellen. Diese bestehen aus einer dünnen Titandioxidschicht, kombiniert mit einer dünnen Polymerschicht. Die Effizienz der Hybrid-Solarzellen wird durch die Lichtabsorption im Polymer, die Dissoziation der gebildeten Exzitonen an der aktiven Grenzfläche zwischen TiO2 und Polymer, sowie durch Generation und Extraktion freier Ladungsträger bestimmt. Zur Optimierung der Solarzellen wurden grundlegende physikalische Wechselwirkungen zwischen den verwendeten Materialen sowie der Einfluss verschiedener Herstellungsparameter untersucht. Unter anderem wurden Fragen zum optimalen Materialeinsatz und Präparationsbedingungen beantwortet sowie grundlegende Einflüsse wie Schichtmorphologie und Polymerinfiltration näher betrachtet. Zunächst wurde aus unterschiedlich hergestelltem Titandioxid (Akzeptor-Schicht) eine Auswahl für den Einsatz in Hybrid-Solarzellen getroffen. Kriterium war hierbei die unterschiedliche Morphologie aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit, der Film-Struktur, der Kristallinität und die daraus resultierenden Solarzelleneigenschaften. Für die anschließenden Untersuchungen wurden mesoporöse TiO2–Filme aus einer neuen Nanopartikel-Synthese, welche es erlaubt, kristalline Partikel schon während der Synthese herzustellen, als Elektronenakzeptor und konjugierte Polymere auf Poly(p-Phenylen-Vinylen) (PPV)- bzw. Thiophenbasis als Donatormaterial verwendet. Bei der thermischen Behandlung der TiO2-Schichten erfolgt eine temperaturabhängige Änderung der Morphologie, jedoch nicht der Kristallstruktur. Die Auswirkungen auf die Solarzelleneigenschaften wurden dokumentiert und diskutiert. Um die Vorteile der Nanopartikel-Synthese, die Bildung kristalliner TiO2-Partikel bei tiefen Temperaturen, nutzen zu können, wurden erste Versuche zur UV-Vernetzung durchgeführt. Neben der Beschaffenheit der Oxidschicht wurde auch der Einfluss der Polymermorphologie, bedingt durch Lösungsmittelvariation und Tempertemperatur, untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass u.a. die Viskosität der Polymerlösung die Infiltration in die TiO2-Schicht und dadurch die Effizienz der Solarzelle beeinflusst. Ein weiterer Ansatz zur Erhöhung der Effizienz ist die Entwicklung neuer lochleitender Polymere, welche möglichst über einen weiten spektralen Bereich Licht absorbieren und an die Bandlücke des TiO2 angepasst sind. Hierzu wurden einige neuartige Konzepte, z.B. die Kombination von Thiophen- und Phenyl-Einheiten näher untersucht. Auch wurde die Sensibilisierung der Titandioxidschicht in Anlehnung an die höheren Effizienzen der Farbstoffzellen in Betracht gezogen. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit wichtige Einflussparameter auf die Funktion hybrider Solarzellen identifiziert und z.T. näher diskutiert werden. Für einige limitierende Faktoren wurden Konzepte zur Verbesserung bzw. Vermeidung vorgestellt.
N2  - The main objective of this thesis is to study the active components and their interactions in so called organic hybrid solar cells. These consist of a thin inorganic titanium dioxide layer, combined with a polymer layer. In general, the efficiency of these hybrid solar cells is determined by the light absorption in the donor polymer, the dissociation of excitons at the heterojunction between TiO2 and polymer, as well as the generation and extraction of free charge carriers. To optimize the solar cells, the physical interactions between the materials are modified and the influences of various preparation parameters are systematically investigated. Among others, important findings regarding the optimal use of materials and preparation conditions as well as detailed investigations of fundamental factors such as film morphology and polymer infiltration are presented in more detail. First, a variety of titanium dioxide layer were produced, from which a selection for use in hybrid solar cells was made. The obtained films show differences in surface structure, film morphology and crystallinity, depending on the way how the TiO2 layer has been prepared. All these properties of the TiO2 films may strongly affect the performance of the hybrid solar cells, by influencing e.g. the exciton diffusion length, the efficiency of exciton dissociation at the hybrid interface, and the carrier transport properties. Detailed investigations were made for mesoporous TiO2 layer following a new nanoparticle synthesis route, which allows to produce crystalline particles during the synthesis. As donor component, conjugated polymers, either derivatives of cyclohexylamino-poly(p-phenylene vinylene) (PPV) or a thiophene are used. The preparation routine also includes a thermal treatment of the TiO2 layers, revealing a temperature-dependent change in morphology, but not of the crystal structure. The effects on the solar cell properties have been documented and discussed. To take advantage of the nanoparticle synthesis, the formation of crystalline TiO2 particles by UV crosslinking and first solar cell measurements are presented. In addition to the nature of the TiO2 layer, the influence of polymer morphology is investigated. Different morphologies are realized by solvent variation and thermal annealing. It is shown that, among other factors, the viscosity of the polymer solution and the infiltration into the TiO2 layer mainly affects the efficiency of the solar cell. Another approach to increase the efficiency is the development of new hole-conducting polymers that absorb over a wide spectral range and which are adjusted to the energy levels of TiO2. Also new concepts, for example, the combination of thiophene- and phenyl-units into a copolymer are investigated in more detail. In summary, important parameters influencing the properties of hybrid solar cells are identified and discussed in more detail. For some limiting factors concepts to overcome these limitations are presented.
KW  - hybride Solarzellen
KW  - Titandioxid
KW  - Sintern
KW  - Polymer
KW  - hybrid thin solar cells
KW  - titanium dioxide
KW  - thermal treatment
KW  - polymers
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52619
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Riese, Josef
A1  - Vogelsang, Christoph
A1  - Schröder, Jan
A1  - Borowski, Andreas
A1  - Kulgemeyer, Christoph
A1  - Reinhold, Peter
A1  - Schecker, Horst
T1  - The development of lesson planning skills in the subject of physics
T1  - Entwicklung von Unterrichtsplanungsfähigkeit im Fach Physik
BT  - What influence does professional knowledge have?
BT  - Welchen Einfluss hat Professionswissen?
JF  - Zeitschrift für Erziehungswissenschaft
N2  - One main goal of university teacher education is the first acquisition of skills for theory-driven lesson planning. 
According to models of teachers' professional competence, it is assumed that the acquired professional knowledge represents an essential basis for the development of planning skills. 

Learning opportunities to apply this professional knowledge often occur in school internships, usually in advanced semesters of teacher education programs. It is also assumed that practical experience within lesson planning supports the formation of professional knowledge. 
However, the relationship between the extent of professional knowledge and the development of skills to plan a lesson lacks evidence. There is a particular challenge in measuring lesson planning skills both authentically and standardized. 

To evaluate the mentioned relationship, a longitudinal pre-post-study with prospective physics-teachers (N = 68 in the longitudinal section) was conducted at four German universities. Pre-service physics teachers' skills to plan a lesson were assessed with a standardized performance assessment at the beginning and at the end of a longterm-internship. This assessment consists of planning a physics lesson, conveying Newton's third Law, in a simulated and standardized way with limited time. In addition, content knowledge, pedagogical content knowledge and pedagogical knowledge has been assessed using standardized instruments. 

Furthermore, additional information about the internship and the amount of learning opportunities was collected at the end of the internship. During the internship, both lesson planning skills and all components of professional knowledge increased. Cross-Lagged-Panel-Analyses reveal that in particular pre-service teachers' pedagogical content knowledge as well as pedagogical knowledge at the beginning of the internship influences the development of lesson planning skills.
N2  - Im Lehramtsstudium sollen Studierende grundlegende Fähigkeiten zur theoriegeleiteten Unterrichtsplanung erwerben. 
In Übereinstimmung mit Modellen zur professionellen Handlungskompetenz von Lehrkräften wird hierbei meist angenommen, dass das im Studienverlauf erworbene Professionswissen eine wesentliche Grundlage für den Aufbau von Fähigkeiten zur Unterrichtsplanung bildet. 

Lerngelegenheiten zur Anwendung dieses Professionswissens bieten vor allem schulpraktische Phasen im fortgeschrittenen Studienverlauf. Es wird aber ebenso angenommen, dass gerade Erfahrungen mit der Unterrichtsplanung den Aufbau von Professionswissen unterstützen. 

Der Zusammenhang zwischen dem Ausmaß des Professionswissens und der Entwicklung von Planungsfähigkeit ist bisher unzureichend empirisch geklärt. Eine besondere methodische Herausforderung besteht darin, Planungsfähigkeiten sowohl möglichst authentisch als auch auf standardisierte Weise zu erfassen. Zur Untersuchung des genannten Zusammenhangs wurde eine längsschnittliche Studie im Prä-Post-Design bei angehenden Physiklehrkräften (N = 68 im Längsschnitt) an vier Universitäten durchgeführt. 

Die Unterrichtsplanungsfähigkeit wurde mit Hilfe eines standardisierten Performanztests vor und nach dem Absolvieren eines Praxissemesters erfasst, indem als Standardsituation der Entwurf einer Unterrichtsstunde zum 3. Newton’schen Axiom unter definierten Zeitvorgaben im Praxissemester simuliert wurde. Zusätzlich wurden das fachliche, fachdidaktische und pädagogische Wissen der Studierenden mit Hilfe standardisierter Instrumente zu beiden Zeitpunkten erhoben, sowie die einschlägigen Lerngelegenheiten im Praxissemester über einen Fragebogen erfasst. 

Sowohl für Unterrichtsplanungsfähigkeit als auch für alle Wissensvariablen können Zuwächse im Praxissemester beobachtet werden. Cross-Lagged-Panel-Analysen zeigen, dass insbesondere die Ausprägung des fachdidaktischen und pädagogischen Wissens der Studierenden am Beginn des Praxissemesters die Entwicklung von Unterrichtsplanungsfähigkeit begünstigt.
KW  - teacher education
KW  - physics
KW  - lesson planning
KW  - performance assessment
KW  - professional knowledge
KW  - longitudinal study
KW  - Lehrerbildung
KW  - Physik
KW  - Unterrichtsplanung
KW  - Performanztest
KW  - Professionswissen
KW  - Längsschnittstudie
Y1  - 2022
U6  - https://doi.org/10.1007/s11618-022-01112-0
SN  - 1434-663X
SN  - 1862-5215
IS  - 4
SP  - 843
EP  - 867
PB  - Springer VS/Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
CY  - Wiesbaden
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lange, Ilja
T1  - Energetische Struktur von Schichten organischer Halbleiter und ihr fundamentaler Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften organischer elektronischer Bauteile
Y1  - 2014
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jaiser, Frank
T1  - Ladungsträger- und Anregungsdynamik in halbleitenden Polymerschichten mit eingemischten Emittern und Ladungsträgerfallen
T1  - Charge and excitation dynamics in semiconducting polymer layers doped with emitters and charge carrier traps
N2  - In Leuchtdioden wird Licht durch die Rekombination von injizierten Ladungsträgern erzeugt. Das kann einerseits in anorganischen Materialien geschehen. In diesem Fall ist es notwendig, hochgeordnete Kristallstrukturen herzustellen, die die Eigenschaften der Leuchtdioden bestimmen. Ein anderer Ansatz ist die Verwendung von organischen Molekülen und Polymeren. Auf Grund der Vielseitigkeit der organischen Chemie können die Eigenschaften der verwendeten halbleitenden Polymere schon während der Synthese beeinflusst werden. Außerdem weisen auch diese Polymere die bekannte mechanische Flexibilität auf. Die Herstellung von flexiblen, großflächigen Beleuchtungsquellen und Anzeigelementen ist so möglich. Die erste Leuchtdiode mit einem halbleitenden Polymer als Emitter wurde 1990 hergestellt. Seither hat das Forschungsgebiet eine rasante Entwicklung genommen. Auch erste kommerzielle Produkte sind erhältlich. Im Zuge dieser Entwicklung wurde deutlich, dass die Eigenschaften von polymeren Leuchtdioden – beispielsweise Farbe und Effizienz – durch die Verwendung mehrerer Komponenten in der aktiven Schicht deutlich verbessert werden können. Gleichzeitig ergeben sich neue Herausforderungen durch die Wechselwirkungen der verschiedenen Filmbestandteile. Während die Komponenten oft entweder zur Verbesserung des Ladungstransportes oder zur Beeinflussung der Emission zugegeben werden, muss darauf geachtet werden, dass die anderen Prozesse nicht negativ beeinflusst werden. In dieser Arbeit werden einige dieser Wechselwirkungen untersucht und mit einfachen physikalischen Modellen erklärt. So werden zunächst blau emittierende Leuchtdioden auf der Basis von Polyfluoren untersucht. Dieses Material ist zwar ein sehr effizienter blauer Emitter, jedoch ist es anfällig für chemische Defekte, diese sich nicht vollständig verhindern lassen. Die Defekte bilden Fallenzustände für Elektronen, ihr Einfluss lässt sich durch die Zugabe von Lochfallen unterdrücken. Der zugrunde liegende Prozess, die Beeinflussung der Ladungsträgerbalance, wird erklärt. Im Folgenden werden Mischsystemen mit dendronisierten Emittern, die gleichzeitig eine Falle für Elektronen bilden, untersucht. Hier wird die unterschiedliche Wirkung der isolierenden Hülle auf die Ladungs- und Energieübertragung zwischen Matrix und Farbstoffkern der Dendrimere untersucht. In Mischsystemen haben die Natur der angeregten Zustände sowie die Art und Weise des Ladungsträgertransportes einen großen Einfluss auf diese Transferprozesse. Außerden hat auch hier die Ladungsträgerbalance Auswirkungen auf die Emission. Um den Ladungsträgereinfang in Fallenzuständen zu charakterisieren, wird eine Methode auf Grundlage der Messung des zeitaufgelösten Photostroms in organischen Mischfilmen weiterentwickelt. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Übertragung der für geordnete Systeme entwickelten Modelle des Ladungsträgertransportes nicht ohne weiteres auf Polymersysteme mit hoher Unordnung übertragen werden können. Abschließend werden zeitaufgelöste Messungen der Phosphoreszenz in entsprechenden Mischungen aus Polymeren und organometallischen Verbindungen vorgestellt. Auch diese Systeme enthalten üblicherweise weitere Komponenten, die den Ladungstransport verbessern. In diesen Filmen kann es zu einer Übertragung der Tripletts vom Emitter auf die weiteren Filmbestandteile kommen. Bei Kenntnis der in Frage kommenden Wechselwirkungen können die unerwünschten Prozesse vermieden werden.
N2  - Light-emitting diodes generate light from the recombination of injected charge carriers. This can be obtained in inorganic materials. Here, it is necessary to produce highly ordered crystalline structures that determine the properties of the device. Another possibility is the utilization of organic molecules and polymers. Based on the versatile organic chemistry, it is possible to tune the properties of the semiconducting polymers already during synthesis. In addition, semiconducting polymers are mechanically flexible. Thus, it is possible to construct flexible, large-area light sources and displays. The first light-emitting diode using a polymer emitter was presented in 1990. Since then, this field of research has grown rapidly up to the point where first products are commercially available. It has become clear that the properties of polymer light-emitting diodes such as color and efficiency can be improved by incorporating multiple components inside the active layer. At the same time, this gives rise to new interactions between these components. While components are often added either to improve the charge transport or to change the emission, it has to made sure that other processes are not influenced in a negative manner. This work investigates some of these interactions and describes them with simple physical models. First, blue light-emitting diodes based on polyfluorene are analyzed. This polymer is an efficient emitter, but it is susceptible to the formation of chemical defects that can not be suppressed completely. These defects form electron traps, but their effect can be compensated by the addition of hole traps. The underlying process, namely the changed charge carrier balance, is explained. In the following, blend systems with dendronized emitters that form electron traps are investigated. The different influence of the insulating shell on the charge and energy transfer between polymer host and the emissive core of the dendrimers is examined. In the blend, the nature of the excited states as well as the method of the charge transport through the layer are of great importance to the transfer. Again, the charge carrier balance influences the emission. To characterize the trapping of charges in trap states, a method based on the measurement of transient photocurrents is enhanced. The results show that models developed for ordered systems can not simply be transferred to polymer systems with a high degree of disorder. Finally, time-resolved measurements of the phosphorescence decay in blends of polymers with organo-metallic compounds are shown. Usually, these systems contain more components that facilitate charge transport. Thus, triplets may be transferred from the phosphorescent dye other components of the film. Knowing the underlying interactions, unwanted processes can be suppressed.
KW  - OLED
KW  - Konjugierte Polymere
KW  - Mehrstoffsystem
KW  - OLED
KW  - conjugated polymers
KW  - multicomponent system
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-9484
ER  - 
TY  - THES
A1  - Engbert, Ralf
T1  - Nichtlineare Dynamik kognitiv-motorischer Prozesse
BT  - tempoinduzierte Übergänge bei der Produktion von Polyrhythmen
N2  - Die Produktion von Polyrhythmen ist ein wichtiger experimenteller Zugang für die Untersuchung der menschlichen Motorik. Durch Variation des Tempos (externer Kontrollparameter) bei rhythmischen Bewegungsabläufen können qualitative Übergänge in der Koordinationsdynamik induziert werden. Diese Übergänge lassen sich mit der Methode der symbolischen Dynamik in experimentellen Zeitreihen nachweisen und sind ein wichtiger Hinweis darauf, dass die untersuchten Bewegungsabläufe nichtlinearen Kontrollprozessen unterliegen. Die theoretische Beschreibung bimanueller Rhythmusproduktion mit gekoppelten Differenzengleichungen führt auf ein Modell mit nichtlinearer Fehlerkontrolle. Es ist eine wichtige Eigenschaft der Kontrollprozesse, dass sie mit zeitverzögerter Rückkopplung arbeiten. Neben deterministischen Steuerungsmechanismen ist die Motorik des Menschen ausserdem von Fluktuationen auf zwei Ebenen gekennzeichnet, der kognitiven Kontrollebene und der Ebene der motorischen Systeme. Daher ist die Koordination von Bewegungen das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen nichtlinearen, zeitverzögerten Kontrollprozessen und stochastischen Fluktuationen.
KW  - Nichtlineare Dynamik
KW  - kognitive Prozesse
KW  - Motorik
KW  - Polyrhythmen
Y1  - 1997
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000157
ER  -