Ziel des Antrages ist der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) zur quantitativen orts- und tiefenaufgelösten Mikroanalyse mit einem neu zu entwickelnden VUV-Echelle-Spektrographen. LIPS erlaubt eine schnelle elementaranalytische Kartierung von Oberflächen ohne aufwendige Probenvorbereitung mit einer lateralen Auflösung von 3 bis 10 my m. Durch die Analyse der Spektren von einzelnen Pulsen kann eine Ortsauflösung mit einer entsprechenden Tiefenauflösung kombiniert werden. Die Verwendung eines Echelle-Spektrographen gestattet eine umfassende qualitative und quantitative multivariante Analyse von einzelnen Pulsen mit hoher spektraler Auflösung (l/dl größer als 10000) über einen Spektralbereich von 150 nm. Für den zu konzipierenden Echelle-Spektrographen wird ein Arbeitsbereich von 150 bis 300 nm angestrebt, so dass erstmals eine Multielement-VUV-Emissionsspektroskopie mit Laserplasmen für Nichtmetalle (S, P, N, O, C, As) oder metallische Elemente (Hg, Zn) möglich wird. Erste Anwendungen werden sich besonders auf geochemische und werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen konzentrieren.
Das Projekt 'COOPERATE' zielt darauf ab, die Energie- und Umweltkosten additiv gefertigter, metallischer Bauteile für Nutzfahrzeuge, insbesondere Stadt- und Reisebusse (z.B. eCitaro), zu minimieren und die Ressourceneffizienz durch Leichtbau und Kreislaufstrategien (R-Strategien) zu steigern. Es wird erwartet, dass im Rahmen des Projekts etwa 100 kg Gewicht pro Bus eingespart werden, was in der Nutzungsphase eine Energieeinsparung von 2.100 kWh pro Bus bedeutet. In der Herstellungsphase liegt das Energieeinsparpotenzial mit den verwenden Verfahren pro Bus bei ca. 13.500 kWh. Diese Einsparungen sollen durch Leichtbaudesigns, prädiktive Lebenszyklusanalysen und Prozessoptimierungen für R-Strategien erreicht werden. Im Nutzfahrzeugbereich sind Leichtbau-Ansätze ('Reduce'-Strategie) aufgrund der Elektrifizierung besonders wichtig, um die Antriebsenergie zu reduzieren. Die langlebigen Fahrzeuge bergen Potenziale für R-Strategien wie 'Repair' und 'Remanufacturing', um den Einsatz von Primärrohstoffen zu minimieren. Die prädiktive Lebenszyklusanalyse (LCA) spielt dabei eine zentrale Rolle, da 80 % der ökologischen Kosten während der Produktentwicklung bestimmt werden. Das Projekt setzt auf zwei Standorte, um additive Prozessketten mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren und Sensorik zur bauteilspezifischen Messung von Energie- und Materialverbräuchen abzubilden. Im Rahmen des Projektes werden ca. 25 Bauteile untersucht und fünf davon umfassend ökologisch und ökonomisch bilanziert. Folgende Themenbereiche werden adressiert: (1) R-Strategien im Produktdesign, um den Materialeinsatz zu reduzieren, (2) die Anwendung und Optimierung von AM-Bauteilen in der Nutzungsphase und (3) die Bewertung von End-of-Life-Szenarien und R-Strategien hinsichtlich ihrer ökologischen und ökonomischen Vorteile.
Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.
In einer Zusammenarbeit der Physikalischen und Theoretischen Chemie und der Analytischen Chemie der BUW ist es 2005 gelungen, neben den etablierten Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren ESI, APCI und APPI eine vierte AP Methode einzuführen, die auf der Laserionisation basiert (Atmospheric Pressure Laser Ionization, APLI). Das Verfahren hat ein sehr großes Potential im Bereich der Ultra-Spurenanalytik in der Gas- und Flüssigphase und findet zurzeit international größere Beachtung. Mit Hilfe der APLI werden völlig neue Ansätze in der Atmosphärendruck-Massenspektrometrie möglich. Diese sollen in den kommenden Jahren mit Nachdruck verfolgt werden. Die APLI Methode verbindet die Massenspektrometrie sowohl mit den chromatographischen Methoden HPLC, CE, als auch GC. Darüber hinaus kann sie direkt an Reaktoren gekoppelt werden, die bei Atmosphärendruck operieren und ist damit optimal für den Einsatz in atmosphärisch-chemischen Untersuchungen geeignet.
Oligozäne und Miozäne Sedimentfolgen aus der Taatsiin Gol und Taatsiin Tsagaan Nuur Region in der Zentral-Mongolei sind von außergewöhnlicher Bedeutung: hier liegen Basalte in Sedimenten der Hsanda Gol- und Loh Formation eingebettet, und die höchsten Fossilkonzentrationen finden sich zusammen mit Caliche und Paläoböden. Im Rahmen von Vorläuferprojekten wurde ein Stratigraphie-Konzept erarbeitet, das auf der Evolution von Säugetieren und auf radiometrischen Basalt-Altern beruht. 40Ar / 39Ar-Datierungen ergaben drei Altersgruppen von Basalten, eine Basalt I-Gruppe aus dem Früh-Oligozän (vor etwa 31.5 Millionen Jahren), eine Basalt II-Gruppe aus dem Spät-Oligozän (vor etwa 28 Millionen Jahren) und eine Basalt III-Gruppe aus dem Mittel-Miozän (vor etwa 13 Millionen Jahren). Das Taatsiin Gol-und Taatsiin Tsagaan Nuur Gebiet ist heute Schlüsselregion für die Oligozän-Miozän Stratigraphie der Mongolei und ist Bezugspunkt für internationale Korrelationen. Im neuen Projekt werden Klimaveränderungen im Oligozän und Miozän der Mongolei und ihre Auswirkungen auf Säugetiergemeinschaften und Lebensräume untersucht. Um diese Ziele zu erreichen müssen zahlreiche stratifizierte Caliche Lagen und Paläoböden beprobt und analysiert werden. Wir erwarten uns von Bodenanalysen und von der Interpretation der Signaturen stabiler Isotopen (?18O, ?13C) Hinweise auf Veränderungen von Paläoklima und Lebensräumen im Untersuchungsgebiet. Die stratifizierten und datierten Säugetierfaunen bestehen aus Amphibien, Reptilien und Säugetieren, wobei Hasenartige, Insektenfresser, Nagetiere und Wiederkäuer vorherrschen. Dieser reiche Fossil-Fundus bietet die Möglichkeit zur Analyse von einstigen Wirbeltier-Gemeinschaften, zu entwicklungsgeschichtlichen Studien und palökologischen Interpretationen. Besonderes Interesse gilt der Entwicklung und Funktion von Gebissstrukturen bei kleinen und großen Pflanzen fressenden Säugetieren. Hier kommen Methoden zur Anwendung (Microwear- und Mesowear-Analysen, Zahnschmelzuntersuchungen, Mikro-CT und 3D-Modellierung), die Rückschlüsse auf das Nahrungsspektrum und auf markante Veränderungen von Lebensräumen in dem untersuchten Zeitabschnitt von mehr als 20 Millionen Jahren erlauben. Die Feldarbeit in der Mongolei und die anschließenden wissenschaftlichen Studien werden in nationaler und internationaler Zusammenarbeit durchgeführt. Von diesen Synergien werden die Mongolischen und Österreichischen Forschungseinrichtungen und alle mitwirkenden Personen stark profitieren.