Inhalt
Die Pflichtveranstaltung besteht aus Vorlesung, Übung und Praktikum und findet für den Bachelor Studiengang Maschinenbau und Verfahrenstechnik im 5. Semester statt.
Informationen, die durch Anwendung messtechnischer Verfahren gewonnen werden, sind Voraussetzung für
- die Steuerung von Maschinen und Anlagen,
- die Regelung und Überwachung von Prozessen,
- die experimentelle Untersuchung und Entwicklung von Eigenschaften und Verfahren, sowie
- die Entwicklung bzw. Überprüfung von Modellen und Theorien.
Die Veranstaltung vermittelt Anworten auf die zentralen Fragen:
- Was ist ein Signal ?
- Wie entsteht ein Signal ?
- Wie erhält man aus einem Signal die gesuchte Information ?
Themen
Vorlesung und Übung
1 Einführung: Messen, Systeme, Signale
2 Statistik: Verteilung, Momente
3 Fehler und ihre Fortpflanzung
4 Datenanalyse und Reduktion: lineare und nichtlineare Regression
5 Dynamik
6 Rauschen: thermisches, Schrot-, Telegraphen-Rauschen
7 Analoge Signalverarbeitung: Filter, Verstärker
8 Digitale Signalverarbeitung: A/D-Wandler
9 Sensoren und elektrische Messtechnik
9.1 Resistive Sensoren
9.2 Kapazitive Sensoren
9.3 Magnetische Sensoren
9.4 Aktive Sensoren
Praktikum
1 Gasfluss: Kennlinie, Kalibrierung
2 Oszilloskop: Dynamik, analoge Signalverarbeitung
3 Lock-in-Verstärker: Signale und Rauschen, digitale Signalverarbeitung
4 Dynamische Lichstreuung: Korrelation, Verteilung
- Lehrende(r): Sabine Deimel
- Lehrende(r): Jeremias Geiß
- Lehrende(r): Claudia Gorynski
- Lehrende(r): Martin Schroer
- Lehrende(r): Jeldrik Schulte
- Lehrende(r): Markus Winterer
Inhalt
Kolloide sind Systeme, bei denen Teilchen mit charakteristischen Größen von 1nm bis 1µm in einem anderen Stoff – meistens einer Flüssigkeit – feinverteilt (dispergiert) sind. Die Teilchen sind also größer als Moleküle, aber kleiner als makroskopische Körper. Sie besitzen eine sehr große Grenzfläche zu ihrer Umgebung, d.h. dem Dispersionsmittel.
Die Veranstaltung führt zunächst in die Kolloidchemie und Kolloidphysik ein, die die Grundlagen für die Kolloidprozesstechnik darstellen. Kolloidprozesstechnik beschäftigt sich mit der Verfahrenstechnik von Kolloiden und ihrer Verarbeitung zu Materialien. Ihre Beherrschung bildet die Voraussetzung für die Herstellung vieler Systeme, in denen Nanopartikel eingesetzt werden, wie z.B. Pasten, Papier, Farben und Lacken, keramischen Festkörpern und spielen bei wichtigen Prozessen zur Herstellung von Nanopartikeln eine wesentliche Rolle.
Themen der Veranstaltung sind unter anderem:
- Wechselwirkung in kolloidalen Systemen
- Dynamik von Kolloiden
- Oberflächen- und Grenzflächenchemie
- Funktionalisierung
- Dispergierung und Stabilisierung
- Grenzflächenerzeugung: Sole und Gele
- Materialien aus Kolloiden
- Rheologie
Dabei werden die physikalischen und chemischen Grundlagen, die entsprechende Messtechnik und Anwendungen behandelt.
Lehrbücher
zur Einführung:
- G. Brezesinski und H.-J. Mögel, Grenzflächen und Kolloide, Spektrum Akad. Vlg., Hdg. (1993)
- R. J. Hunter, Introduction to Modern Colloid Science, Oxford Science Publisher 1994
zur Vertiefung:
- D. F. Evans and H. Wennerström, The Colloidal Domain – Where Physics, Chemistry, Biology and Technology meet, Wiley-VCH 1999
- P. C. Hiemenz and R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, CRC 1997
- C. J. Brinker and G. W. Scherer, Sol-Gel-Science, Academic Press 1990
- H.-D. Dörfler, Grenzflächen und kolloid-disperse Systeme, Springer 2002
- J. Israelachvili, Intermolecular & Surface Forces, Elsevier 2005
- Lehrende(r): Sabine Deimel
- Lehrende(r): Claudia Gorynski
- Lehrende(r): Martin Schroer
- Lehrende(r): Jeldrik Schulte
- Lehrende(r): Markus Winterer
Inhalt
Nanokristalline Materialien sind polykristalline Festkörper mit einer ‘Nano’-Mikrostruktur. Unter der Mikrostruktur eines Materials versteht man die Art, Kristallstruktur, Anzahl, Form und topologische Anordnung von Punktdefekten, Versetzungen, Stapelfehlern und Korngrenzen in einem kristallinen Material. Die Mikrostruktur wird bei der Herstellung und Verarbeitung von nanokristallinen Materialien erzeugt und verändert. Sie spielt eine wichtige Rolle bei den Eigenschaften der Endprodukte, wie z.B. der Möglichkeit zu superplastischen Verformung oder beim Transport von Elektronen und Ionen.
Themen
- Mikrostruktur, inbesondere Korngrenzen
- Materie- und Ladungstransport in polykristallinen Festkörpern, Raumladungszone
- Prozesstechnik: Verarbeitung, insbesondere Verdichtung und Sintern
- Charakterisierung
- Eigenschaften und Anwendungen
Dabei werden sowohl die physikalisch-chemischen (Festkörperchemie- und Physik) und materialwissenschaftlichen Grundlagen behandelt, als auch die Herstellung, Verarbeitung, strukturelle Charakterisierung, Eigenschaften und Anwendung der nanokristallinen Materialien.
Literatur
- A. S. Edelstein and R. C. Cammarata (eds.), Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, IOP, Bristol 1996
- H. Gleiter, Microstructure, chapter 9 in R. W. Cahn, P. Haasen (eds.), Physical Metallurgy, Elsevier, London 1996
- Y.-M. Chiang, D. Birnie, and W. D. Kingery, Physical Ceramics – Principles for Ceramic Science and Engineering, Wiley, New York 1997
- J. Maier, Physical Chemistry of Ionic Materials Ions and Electrons in Solids, Wiley 2004
- R. M. German, Sintering Theory and Practice, Wiley 1996
- D. Wolf, and S. Yip, Materials Interfaces: Atomic level structure and properties, Chapman and Hall, London 1992
- A. P. Sutton and R. W. Baluffi, Interfaces in Crystalline Materials, Oxford 1994
- R. W. Baluffi, S. M. Allen, and W. Craig Carter, Kinetics of Materials, Wiley 2005
- Lehrende(r): Sabine Deimel
- Lehrende(r): Jeremias Geiß
- Lehrende(r): Claudia Gorynski
- Lehrende(r): Martin Schroer
- Lehrende(r): Jeldrik Schulte
- Lehrende(r): Markus Winterer