Formation and stability of soil micro-aggregates depend on the forces which are acting between the individual building blocks and in consequence on type, size and properties of the respective adjacent surfaces. While the interaction forces are the result of the superposition of short-range chemical forces and long-range van-der-Waals, electrostatic, magnetic dipole and capillary forces, the total contact surface is a function of the size, primary shape, roughness and larger-scale irregularities. By employ-ing atomic force microscopy (AFM), we will explore the role of topography, adhesion, elasticity and hardness for the formation of soil micro-aggregates and their stability against external stress. Special consideration will be put on the role of extracellular polymeric substances as glue between mineral particles and as a substance causing significant surface alteration. The objectives are to (i) identify and quantify the surface properties which control the stability of aggregates, (ii) to explain their for-mation and stability by the analysis of the interaction forces and contacting surface topography, and (iii) to link these results to the chemical information obtained by the bundle partners. Due to the spatial resolution available by AFM, we will provide information on the nano- to the (sub-)micron scale on tip-surface interactions as well as 'chemical' forces employing functionalized tips. Our mapping strategy is based on a hierarchic image acquisition approach which comprises the analysis of regions-of-interest of progressively smaller scales. Using classical and spatial statistics, the surface properties will be evaluated and the spatial patterns will be achieved. Spatial correlation will be used to match the AFM data with the chemical data obtained by the consortium. Upscaling is intended based on mathe-matical coarse graining approaches.
Hochtemperaturbrennstoffzellen mit keramischem Festelektrolyt (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer Umweltvertraeglichkeit eine zukunftsweisende Alternative gegenueber konventioneller Energieerzeugung. Die Leistungsfaehigkeit und Lebensdauer der Einzelzellen sind dabei entscheidende Kriterien fuer die wirtschaftliche Nutzung von Brennstoffzellen. Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass es bei Langzeitbetrieb zu irreversiblen Veraenderungen in der Mikrostruktur der Anode kommt, die zu einer Senkung der Leistungsfaehigkeit fuehren. Je nach Belastung der Einzelzellen treten unterschiedliche Degradationsmechanismen auf. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Anode, die aus mehreren Funktionsschichten besteht, um so die noetige Leistungsfaehigkeit und Langzeitstabilitaet zu liefern. Es soll ein Gradient in der Korngroesse, dem Nickelanteil und somit der Porositaet und der elektrischen Leitfaehigkeit erreicht werden, da die einzelnen Bereiche der Anodenstruktur unterschiedlichen Anforderungen genuegen muessen. So sind an der Grenzschicht Elektrolyt/Anode kleine Koerner erwuenscht, um eine moeglichst grosse Reaktionsflaeche zu erhalten. Wohingegen an der Grenzflaeche Anode/Interkonnektor ein hoher Anteil an grossen Nickelkoernern erforderlich ist, um einen guten elektrischen Kontakt und hohe Porositaet zu gewaehrleisten. Die optimale Zusammensetzung und Mikrostruktur der einzelnen Funktionsschichten soll durch systematische Belastungstests (elektrisch, chemisch, thermomechanisch) an verschiedenen homogenen Modellstrukturen, das sind Cermetproben aus Nickel- und YSZ-Teilchen mit definierter, homogener Zusammensetzung und Mikrostruktur, und durch die elektrochemische Charakterisierung von Einzelzellen mit entsprechenden homogenen Anodenstrukturen ermittelt werden. Vor und nach Durchfuehrung der Belastungstests ist eine umfassende Analyse der Zusammensetzung und Mikrostruktur der Modell- und Anodenstrukturen mittels Elektronenmikroskopie (REM, TEM, EDX, WDX) vorgesehen. Anhand der gewonnenen Ergebnisse soll ein Modell fuer die verschiedenen Verlust- und Degradationsmechanismen in der Anode entwickelt werden.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines operativen Messsystems, mit dem der gesamte, im Meer vorhandene Skalenbereich der Schichtungsstruktur und der kleinskaligen dynamischen Prozesse erfasst und den Anwendern transparent gemacht werden kann. Mit dem Messsystem wird es moeglich sein, turbulente Vermischungsvorgaenge, Dissipations- und Austauschgroessen und weitere Parameter zur Charakterisierung der Mikrostruktur im Meer routinemaessig mit kommerziell verfuegbarer Technik direkt messend zu erfassen. ME uebernimmt dabei folgende Aufgaben: - Wissenschaftliche und technische Gesamtleitung - Entwicklung und Bau der Unterwassereinheit, der Bordeinheit, der Auslegetechnik und einer Eichvorrichtung fuer Scherungssensoren - Erstellung der Datenaquisitions- und Steuerungssoftware - Konzipierung und Leitung der Feldtests von Baugruppen und des Gesamtsystems.
Dieses Projekt, das in Kooperation zwischen dem Institut fuer Geophysik der TU Clausthal und dem Wissenschaftsbereich Angewandte Geophysik der BA Freiberg durchgefuehrt wurde, diente der anwendungsorientierten Grundlagenforschung zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der inneren Gesteinsmikrostruktur und dynamischen physikalischen Groessen, insbesondere der komplexen elektrischen Leitfaehigkeit von 1 mHz bis 1 MHz und elastodynamischer Eigenschaften, um die Moeglichkeiten und Grenzen der Aussagekraft geophysikalischer Gelaende- und Bohrlochmessverfahren zur Gewinnung von Information ueber Lagerstaetten, hydrogeologische und umweltschutztechnische Fragestellungen zu gewinnen. Hierzu wurden Verfahren zur Charakterisierung der Mikrostruktur und zur Messung der komplexen dynamischer Parameter im Labor entwickelt. Ergebnisse sind experimentell begruendete fraktale Modelle fuer den Einfluss der Mikrostruktur auf die dynamischen Parameter, die zur Ermittlung lagerstaettentechnischer, hydrogeologischer und umweltschutztechnischer Kennwerte aus geophysikalischen Messwerten herangezogen werden koennen.
Eingeordnet in einen Forschungsverbund mit der Materialpruefungsanstalt der Universitaet Stuttgart, dem Fraunhofer-Institut fuer Werkstoffmechanik Freiburg, der Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung Berlin und der Gesellschaft fuer Reaktor- und Anlagensicherheit Koeln war es das Ziel dieses Vorhabens, die mikrostrukturellen Ursachen des WPS-Effektes in Abhaengigkeit von den verschiedenen Einflussfaktoren (Werkstoffzustand, Vorbeanspruchung, Lastpfade) aufzuklaeren und damit einen Beitrag zu einem allgemeinen Erklaerungsmodell mit quantitativen Aussagen zu liefern. Im einzelnen wurden folgende experimentelle Untersuchungen durchgefuehrt: 1. Mikrostrukturelle Untersuchungen zur Verformungsalterung nach unterschiedlicher mechanischer bzw. thermozyklischer Vorbeanspruchung. 2. Quantitative mikrofraktographische Untersuchungen zum Bruchmechanismus nach einer warmen Vorbeanspruchung. 3. Anwendung des instrumentierten Kerbschlagbiegeversuchs zum Nachweis des WPS-Effektes bei schlagartiger Beanspruchung. 4. Roentgenografische Bestimmung der Eigenspannungsfelder an der Rissspitze nach Vorbeanspruchung.