Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.
Im Projekt werden Grundlagenuntersuchungen zur dynamischen Abscheidung von amorphem Silizium für Heterojunction Solarzellen durchgeführt. Dabei kommt ein hochproduktives dynamisches PECVD Verfahren mittels linearer Plasmaquellen zum Einsatz. Einerseits sollen im Projekt sehr hohe dynamische Abscheideraten (5 nm.m/min) bei gleichzeitig hoher Passivierwirkung der a-Si:H Schichten (größer als 1 ms, iVoc größer als 720 mV) erreicht werden. Andererseits wird auch die Industrietauglichkeit der Abscheidung (Gasausnutzung größer als 20%) verbessert. Des Weiteren werden grundlegende Aspekte der dynamischen Abscheidung (Einfluss der Substratgeschwindigkeit, Homogenität der Abscheidung etc.) vor dem Hintergrund einer geforderten effizienten, wartungsarmen Beschichtungstechnologie untersucht. Der Einfluss der Plasmaanregungsfrequenz auf die Produktivität der Abscheidung ist ebenfalls Untersuchungsgegenstand des Teilvorhabens.
Das IWS erarbeitet im Rahmen von HiDEPO neuartige Systemtechnik- und Prozesslösungen, die es erstmals ermöglichen werden, bis zu 20 kW Laserleistung für das Auftragschweißen mit draht- und bandförmigen Zusatzwerkstoffen nutzbar zu machen. Dies soll durch am IWS zu konstruierende, integrierte Bearbeitungsköpfe erreicht werden, die mit 100%-iger Materialausnutzung im höchsten Maße ressourceneffizient arbeiten können. Damit soll eine ökonomische, prozesstechnische Alternative zu bisher für den Schutz von Großbauteilen eingesetzten Hartverchromen und Thermischen Spritzen umgesetzt werden, die Auftragraten größer als 8 kg/h für Fe- und Ni-Basislegieren bietet. Sowohl Konzeption und Design als auch Fertigung und Inbetriebnahme zweier Laser-Bearbeitungsköpfe der 20 kW-Leistungsklasse für die Materialformen Dickdraht (D größer als 1,2 mm) und Schweißband (A größer als über gleich zu (1x10) mm2) erfolgen maßgebend am IWS. Der Projektpartner Laserline liefert darauf abgestimmte neuartige Optikkomponenten, die durch das IWS zusammen mit Materialzufuhr und weiteren Funktionen (Justage/Kühlung/Prozessbeobachtung) in die Köpfe integriert werden. Nach Fertigung und Inbetriebnahme wird in Prozessuntersuchungen deren Funktionalität bewertet, sowie durch begleitende Schichtcharakterisierung (Schliffanfertigung/Lichtmikroskopie/Härtemessung) die maximal erreichbaren Produktivitätskennwerte (Auftragrate/Flächenleistung) ermittelt, um diese abschließend auf Demonstratorbauteile zu übertragen.
Für eine bestehende Durchlaufanlage der TU Dresden mit Folienwickeleinrichtung wird eine PECVD-Linienquelle für die Abscheidung von a-Si:H und Mikro c-Si:H-Schichten auf Folien mit folgenden Zielen entwickelt: - Anpassung des Entladungsraumes an die besonderen geometrischen Gegebenheiten der Folie, - VHF-Tauglichkeit für hohe Depositionsraten, - LQ für Deposition auf Folien bei niedrigen Temperaturen geeignet - preiswerter, skalierbarer Aufbau für hohe Arbeitsdrücke geeignet, - minimale parasitäre Depositionen außerhalb des Reaktionsraumes. Nachfolgende technische Arbeitsziele sollen im Rahmen des Projektes von der FAP bearbeitet werden: - Umbau eines Linienquellen-PECVD-Systems einschließlich deren VHF-Leistungseinkopplung für den Frequenzbereich 80 ... 150 MHz speziell für Folienwickelsysteme; - Optimierung des Beschichtungsbereiches/Transportsystems (Erdung), homogene Entladungsausbildung, Entladung ohne parasitäre Plasmen; - partikelarmer Reaktionsraum während der Beschichtung; - Untersuchung verschiedener Entladungsraumgestaltungsvarianten; - Untersuchung der Prinzipien für die Aufskalierung der Linienquelle für höhere Bearbeitungsbreiten.
Durch eine lokale Bor-Hochdotierung im Bereich der Kontakte lässt sich der Wirkungsgrad der Solarzelle entscheidend verbessern. Die speziellen Eigenschaften des Bor machen es schwer dünne Borschichten in Sputtertechnologie abzuscheiden. Mäßige Sintereigenschaften, eine hohe Sprödigkeit und keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit erfordern sehr hohe Entladespannungen und Gleichstrom-Sputtern ist grenzwertig niedrig. Um das zu verbessern, werden folgende Bereiche untersucht: - Drucklos-Sintern der Bortargets - Entwicklung von Ofeneinbauten für eine sehr gute Temperaturhomogenität - Dotierung von Borpulver mit Silizium - Zusetzen von Additiven, um die notwendige elektrische Leitfähigkeit zu erreichen und gleichzeitig die Reduzierung der Sprödigkeit, um Targetdicken von 10mm zu erreichen. Si1: - Bortargets drucklos sintern, spannungsfreie, rissfreie Targetplatten herstellen. - Untersuchung verschieden hergestellter Kornverteilungen zur Verbesserung der Sinteraktivität und verbesserter Dichte. - Untersuchung von Grafiteinbauten in den Sinterofen, um eine sehr gute Temperaturhomogenität (+/- 3°C) während des Sinterprozesses zu erreichen. - Das Sinterprogramm so gestalten, dass in den Targetplatten keine Spannungen auftreten und rissfreies Gefüge entsteht. Si2: - Borpulver mit Silizium dotieren 1 - 10wt% und ca. 50wt% Wesentliche Fragestellungen sind dabei: - Welcher Einfluss ist auf die Sintereigenschaften feststellbar? - Kann die Sprödigkeit reduziert werden? - Welche Verbesserung wird bei der Abscheiderate in der Sputteranlage erreicht? - Wie stark kann die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst werden? Si3: - elektrisch leitfähige Bortargets - gezielte Zugabe von Additiven und Sintern bei hohen Temperaturen (2000°C) um eine merkliche Diffusion der Additive in das Borgitter zu erreichen.
Im Folgevorhaben soll der Einfluss von bei der Verbrennung von nachwachsenden Rohstoffen in Kleinfeuerungsanlagen entstehenden Feinstaubs bei dessen Inhalation untersucht werden. Der Hauptaspekt liegt auf dem Zusammenhang zwischen Brenngut (Stückholz/Holzpellets), chemischer Zusammensetzung des Staubs und dessen Toxizität unter Berücksichtigung des Betriebszustands. der Atemwege zurückgehalten zu werden, soll deren Wirkung auf humane Lungenepithelzellen untersucht werden. Hierzu wird ein Expositionssystem verwendet, welches als in-vitro-Modellsystem die Situation in den Alveolen nachbildet, indem es Zellkultursysteme an der Gas-Flüssigkeits-Grenze dem Abgas aussetzt. Das erste Projekt ergab die Notwendigkeit einer erhöhten Abscheiderate, um die Wirkung auf die biochemischen Reaktionen der Zellen im Vergleich zu unbegasten Zellen und Positivkontrollen (submers mit amorphem Kohlenstoff belastete Zellen) eindeutiger identifizieren zu können. Zur besseren Übertragbarkeit ins in-vivo-Modell soll in Erweiterung zum ersten Projekt zusätzlich zur A549 Zelllinie eine Zweite (z.B. NCI-H226, NCI-H460) zum Einsatz kommen. Für eine realitätsnahe Abbildung ist eine Ko-Kultur mit humanen Makrophagen eingeplant. Weiterhin soll untersucht werden, wo sich der Feinstaub nach der Exposition aus der Gasphase auf den Zellen anlagert und ob ein Durchdringen der Zellmembran möglich ist.
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