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Bachelor- und Masterprojekte - Arbeitsgruppe Prof. Böhmer

Themen für Bachelor- und Masterarbeiten

Ladungstransport in Lithium-Ionenleitern

arbeiten-ladungstransport-ionenleiter Viele mobile Endgeräte sind ohne die in deren Akkus befindlichen Lithium-Ionenleiter, bei denen sich die Li+-Ladungsträger von einer Elektrode durch den Elektrolyten zur Gegenelektrode bewegen, nicht denkbar. Bei den Elektroden handelt es sich meist um kristalline Einlagerungsverbindungen. Als Elektrolyte werden beispielsweise Polymermaterialien oder Rotatorkristalle, erforscht, die jeweils mit Li-Salzen dotiert sind, um so eine hohe elektrische Leitfähigkeit mit einer guten mechanischen Stabilität zu kombinieren.

Bachelorarbeiten in diesem Bereich nutzen vorwiegend die Rheologie und die Leitfähigkeitsspektroskopie, um die mechanischen und elektrischen Eigenschaften entsprechender Ionenleiter zu charakterisieren. Den Anforderungen einer fortschreitenden Miniaturisierung Rechnung tragend, werden auch große externe Felder verwendet, welche zu nichtlinear veränderten Materialeigenschaften führen. In Masterarbeiten werden zusätzlich unterschiedliche Methoden der Kernspinresonanz eingesetzt, etwa in Form der zweidimensionalen Spektroskopie oder der Feldgradienten-Diffusometrie, um in Kombination mit Computermodellen den Lithium-Transport auch auf atomarer Ebene genau zu erfassen. Ziel der Arbeiten ist es, durch ein umfassendes Verständnis der mikroskopischen Prozesse die Voraussetzung dafür zu schaffen, die makroskopischen Eigenschaften dieser Ionenleiter genau an verschiedene technologische Anforderungen anpassen zu können.

Molekülbewegungen in ungewöhnlichen Eisphasen

arbeiten-eis Wassermoleküle in Eis formen durch die Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen ein Netzwerk. Die resultierende Struktur unterscheidet sich je nach Temperatur- und Druckbereich, wodurch sich ein äußerst komplexes Phasendiagramm ergibt, das zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht vollständig erforscht ist. Bachelor- und Masterarbeiten in diesem Bereich beschäftigen sich mit der experimentellen Untersuchung von Hochdruckeisphasen mittels der elektrischen Impedanzspektroskopie oder der Kernspinresonanz. Dabei können sowohl reine Eisproben als auch mit Fremdatomen versetzte Proben vermessen werden. Diese Dotierstoffe sind von besonderem Forschungsinteresse, da sie Reorientierungsprozesse der Wassermoleküle beeinflussen und somit Phasenübergänge ermöglichen können. Damit sind sie einerseits oft Voraussetzung für die Entdeckung neuer Eisphasen. Anderseits spielt "schmutziges" Eis, welches beispielsweise mit Säuren, Laugen oder Salzen kontaminiert ist, eine wichtige Rolle in den oberen Schichten der Atmosphäre und nahe der Oberfläche diverser Eismonde des äußeren Sonnensystems. Ziel der Arbeiten ist es, die mikroskopischen Prozesse in diesen unterschiedlichen reinen und verunreinigten Eisphasen besser zu verstehen.

Soft Matter mit Wasserstoffbrücken – Wasser auf Proteinoberflächen

Masterarbeiten in diesem Bereich nutzen die Sauerstoff-NMR an isotopenmarkiertem Wasser, das eine Monolage auf der Oberfläche eines Stützproteins bildet. Gegenüber früheren NMR-Untersuchungen kann so die Bewegung des Hydratwassers, welche die Funktion des Proteins erst ermöglicht, gezielt untersucht werden. Durch Messung von temperaturabhängigen Spin-Relaxationszeiten und NMR-Spektren mit den in der Gruppe vorhandenen Spektrometern sowie mittels Anwendung moderner Puls-Echo-Methoden, ist es Ziel der Arbeiten durch Aufklärung von strukturellen und dynamischen Aspekten, das Wechselspiel von Wasser und Proteinoberfläche besser zu verstehen.

Soft Matter mit Wasserstoffbrücken – Supramolekulare Flüssigkeiten

Die scherrheologische und/oder die dielektrische Spektroskopie kommen als hauptsächliche Untersuchungsmethoden in Bachelor- und Masterarbeiten zum Einsatz, welche die Strukturbildung in wasserstoffbrückenbildenden Flüssigkeiten aus (Kopf-Schwanz-) Molekülen wie Monoalkoholen oder speziellen Polymeren untersuchen. Dabei nutzen wir aus, dass sich die Eigenschaften dieser Flüssigkeiten durch Zugabe geeigneter Mischpartner gezielt verändern lassen. Das hat oft überraschende Rückwirkungen auf die für viele technische Anwendungen wichtige mechanische Stabilität. Mischeffekte können sich beispielsweise auch durch eine Verzehnfachung der elektrischen Polarisation äußern, die mit den vorhandenen Apparaturen über große Frequenz- und Temperaturbereiche aufgezeichnet werden können.

Genauere Informationen zu diesen Projekten und bei Interesse auch zu weiteren Forschungsthemen gibt es bei Prof. Böhmer und insbesondere auch bei den Mitarbeitern der Arbeitsgruppe, die entsprechende Themen in ihren Master- oder Doktorarbeiten bearbeiten.