Abschlussarbeit

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  • Publication
    Simulation der Temperatur- und Strömungsverhältnisse in einem Hochdruckautoklav vor und während des Abbrands von Raketentreibstoffproben
    ( 2023-03)
    Kraus, Arvid
    ;
    Gilbert, Norbert
    ;
    Knapp, Sebastian
    In der heutigen Zeit werden ca. 90 % des weltweiten Energiebedarfs aus der Verbrennung von Brennstoffen gewonnen. Eine Anwendung bei der die Energieversorgung durch Brennstoffe unersetzlich ist, sind Flugkörper und insbesondere Raketen. Raketen werden in der Raumfahrt, für militärische Anwendung aber auch für zivile Anwendungen eingesetzt. Typische Beispiele dafür sind Trägerraketen, militärische Flugkörper oder Feuerwerksraketen. Es existiert eine Vielzahl von Raketentreibstoffen, die z.B. sich hinsichtlich ihrer Leistung, Zusammensetzung, Sicherheit, Kosten und Anwendung unterscheiden. Anhand ihres physikalischen Zustands können diese auch in Flüssig-, Fest- und Hybridtreibstoffe differenziert werden. Die Entwicklung von neuen Raketentreibstoffen ist seit vielen Jahren ein bedeutsames Forschungsgebiet, um unter anderem die Effizienz, die Leistung und die Sicherheit der Treibstoffe zu optimieren. Ein wichtiges Leistungsmerkmal von Raketentreibstoffen ist deren Abbrandgeschwindigkeit. Um diese zu untersuchen, werden der Abbrand der Treibstoffe bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken untersucht. Typischerweise werden dazu Treibstoffproben in einem Hochdruckautoklav unter kontrollierten Bedinungen abgebrannt. Ein solches System wird am Fraunhofer Institut für Chemische Technologie zur Erforschung von Raketentreibstoffen eingesetzt. Der verwendete Hochdruckautoklav ist seitlich mit Fenstern ausgestattet, die es ermöglichen, den Abbrand der Treibstoffe mit optischen Messgeräten, wie z.B. Spektrometern, Hochgeschwindigkeitskameras oder Wärmebildkameras, aufzuzeichnen und dadurch das Abbrandverhalten derTreibstoffe zu charakterisieren [3]. Aufgrund dieser Sichtfenster wird der experimentelle Aufbau (Abbildung 1) auch als Optische Bombe bezeichnet. Die Optische Bombe unterscheidet sich von anderen Systemen dieser Art dadurch, dass die Brennkammer während des gesamten Abbrands mit einem Prozessgas durchspült wird. Durch die Strömung sollen die bei einer Verbrennung entstehenden Reaktionsprodukte kontrolliert aus der Brennkammer geleitet werden, sodass die Treibstoffproben nicht während des Versuchs von heißen Verbrennungsgasen erwärmt und die Sicht der Messgeräte auf die Proben durch Rauch eingeschränkt wird.
  • Publication
    Preparation and Properties of Inverse Nanoparticle-Polymer Composites
    (Cuvillier Verlag, 2023-02-10)
    Hoffmann-Sebold, Ron
    ;
    Hartwig, Andreas
    ;
    Faupel, Franz
    This dissertation presents how the drawbacks of low–filled nanoparticle–polymer composites can be overcome by initially preparing a stable percolating inorganic nanoparticle framework, in which very high porosity is achieved, either from the gas phase by flame spray pyrolysis (FSP) or, alternatively, via wet chemical preparation using a sol–gel process. Subsequently, the percolating structures are filled with a monomer by capillary–driven infiltration, which is then photochemically polymerized. The obtained system is called inverse nanoparticle–polymer composite. Thin–film layers from the composite can be applied, for example, as adhesion–promoting, electrical or optoelectronic functional materials. The original particle network and pore structure is preserved during the preparation, and the electrical conductivity of semiconducting nanoparticles could be significantly increased by infiltration, as well as subsequent monomer polymerization. An analytical model of the reaction kinetics was developed for free radical photopolymerization under spatial confinement within the mesoscale pore structure and confirmed by diffuse reflectance FTIR spectroscopy (DRIFTS).
  • Publication
    Extended Monolithic Integration Levels for Highly Functional GaN Power ICs
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Basler, Michael
    A new generation of power electronic systems with reduced losses, size and costs is emerging due to the rapid development of gallium nitride (GaN) transistors. These transistors are fabricated in the GaN-on-Si technology and have a lateral structure, which enables the monolithic integration with peripheral functions such as gate driver, sensing, protection, and even control. This research work extends the monolithic integration in the GaN technology by introducing and investigating devices, buildings, and function blocks towards a new category of highly functional GaN power ICs for low-cost high-efficient switching regulator applications. Integration levels are introduced for the classification of GaN power ICs. A GaN power IC platform with devices as well as building blocks is investigated regarding its characteristics and its related design issues are analyzed. Thereby, the devices are divided into active and passive and the function blocks into digital and analog. Based on this GaN power IC platform, two case studies are presented for a DC-DC synchronous buck converter and AC-DC active rectifier diode, which contributes to efficient, cost-effective and more sustainable power electronic products using functional integration in GaN.