Search

Tropische Regenwälder sind durch anthropogene Aktivitäten gefährdet und wurden als Kippelement identifiziert. Ein Kippen in einen neuen Zustand könnte tiefgreifende Auswirkungen auf das globale Klima haben, sobald die Vegetation von einem bewaldeten in einen Savannen- oder Graslandzustand übergegangen ist. Waldbrände können die Grenze zwischen Savanne und Wald verschieben und somit das dynamische Gleichgewicht zwischen diesen beiden möglichen Vegetationszuständen unter sich änderndem Klima beeinträchtigen. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde ein neues Erdsystemmodell entwickelt und angewendet, um explizit die Auswirkungen von Feuer, Klimawandel und Landnutzung auf eine potenzielle tropische Hysterese abzuschätzen. In den ersten beiden Teilen der Arbeit wurde das Vegetationsmodell LPJmL vor allem in Hinblick auf Feuersimulation verbessert und anschließend biophysikalisch an das Erdystemmodell CM2Mc gekoppelt. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde das resultierende Modell CM2Mc-LPJmL schließlich angewendet, um wichtige biophysikalische Feuer-Vegetations-Klima-Rückkopplungen und einen potentiellen Kipppunkt bzw. eine Hysterese der tropischen Wälder zu untersuchen. Die Ergebnisse der Experimente zeigten, dass eine alleinige Klima Störung nicht zu einem großflächigen Kipppunkt tropischer Wälder führt. Andererseits führte die vollständige Entwaldung bei einer erhöhten CO2-Konzentration von über 450 ppm und die Wirkung von Waldbränden zu einer Verschiebung großer Teile des Amazonas Regenwaldes in einen stabilen Graslandzustand. Die Leistung dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuen Erdsystemmodells, das die Vorteile des umfassenden dynamischen Vegetationsmodells LPJmL und eines prozessbasierten Feuermodells mit dem geringen Rechenaufwand von CM2Mc verbindet. Diese Doktorarbeit untersuchte zum ersten Mal den expliziten Einfluss von Feuer auf tropische Kipppunkte und auf eine mögliche vegetative Erholung in einem umfassenden feuerfähigen Erdsystemmodell. Tropical rain forests are endangered by anthropogenic activities and are recognized as one of the terrestrial tipping elements. An ecosystem regime change to a new state could have profound impacts on the global climate, once the biome has transitioned from a forest into a savanna or grassland state. Fire could potentially shift the savanna-forest boundary and hence impact the dynamical equilibrium between these two possible vegetation states under a changing climate. In this thesis, a new Earth system model was developed and applied to explicitly estimate the impact of fire, climate change and land-use on a potential tropical tipping point and hysteresis. The first part of this thesis describes the improvement of simulating fire within the dynamic global vegetation model (DGVM) LPJmL (Lund-Potsdam-Jena-managed-Land). In the second part, the improved LPJmL model was biophysically coupled to the Earth system model CM2Mc, which involved numerous changes in the original LPJmL model. In the third part of this thesis, the resulting model CM2Mc-LPJmL was finally applied to investigate important biophysical fire-vegetation-climate feedbacks and a potential tipping point and hysteresis of tropical forests. The results of the modeling experiments indicated that a sole climate disturbance does not lead to a large-scale tipping of tropical forests into a savanna or grassland state. On the other hand, complete deforestation alongside elevated CO2 above 450 ppm and the impact of fire led to a shift of large parts of the Amazon into a stable grassland state. The contribution of this thesis is the development of a new Earth system model, including the advantages of the comprehensive dynamic vegetation model LPJmL, a process-based fire model and the low computation cost of CM2Mc. This thesis studied for the first time the explicit impact of fire on tropical tipping points and a possible vegetation recovery in a comprehensive fire-enabled Earth system model.

Diese Dissertation befasst sich mit Hindernissen f��r den Markterfolg umweltfreundlicher Innovationen. Im Rahmen einer empirischen Analyse werden abschreckende finanzielle Barrieren f��r die Entwicklung und Einf��hrung von Umweltinnovationen in kleineren und mittleren Unternehmen untersucht. Im Anschluss wird ein theoretisches agentenbasiertes Modell eingef��hrt, welches ��ber mehrere Quellen positiver Feedback-Effekte technologische Pfadabh��ngigkeiten und Lock-In-Effekte simuliert. Es wird zur Untersuchung der Erfolgsaussichten von neu in den Markt eintretenden Umweltinnovationen genutzt. Das Grundmodell befasst sich mit der Frage, inwieweit Konsumentenpr��ferenzen f��r umweltfreundliche Produkte ausreichen, um eine Lock-In-Situation im Markt aufzubrechen. Zwei Modellerweiterungen befassen sich mit der Einf��hrung heterogener Konsumentenpr��ferenzen sowie von Politikma��nahmen, die auf eine Reduktion von Umweltverschmutzung abzielen.

Capillaries are used as throttle devices in rather small heat pump applications. They meter the refrigerant mass flow in the system and therefore play a decisive role regarding the heat pump performance. In order to exploit the optimization potential that lies in the capillary design with respect to the energy efficiency of the heat pump, computer-aided design is a valuable tool. A valid and predictive capillary model within a valid overall heat pump model is indispensable for robust and reliable results of the optimization of the capillary design. Modelling the capillary inside a heat pump application means modelling the single liquid and the two-phase flow of refrigerants in a long tube with a small diameter. Researchers are dealing with the modelling of the two-phase flow of refrigerants for many decades. Yet, it is not satisfactorily described until now. Especially, when it comes to natural refrigerants as e.g. the refrigerant propane, only little experimental data is avaiable against which the flow model can be validated. Further, it is essential to capture the change of single to two-phase flow within the flow model as this corresponds to the real operation of the capillary inside the heat pump. However, there are complex flow phenomena that occur at phase change. Researchers e.g. have observed a hysteresis effect that leads to different mass flows or pressure drops in the capillary for the same operating conditions. As the database on propane is generally limited and the hysteresis effect is barely recorded at all in the available literature, this thesis provides an extensive database on the propane flow in a copper capillary. The database covers a wide range of operating conditions ranging from 16 to 25 bar inlet pressure, subcoolings from 5 to 9K at the capillary inlet and mass flux from 3430 to 4573 kg/m2s. The characteristics of the hysteresis effect are evaluated quantitatively and qualitatively. The hysteresis effect shows differences in the measured pressure drop of around 20% for the same flow conditions depending on the previously investigated subcooling at the capillary inlet. Systematic experiments that have been carried out support the hypothesis that the wetting of the capillary tube entails the hysteresis effect as it lowers the friction of the two-phase flow along a previously wetted capillary. These findings were transferred into a mathematical description which were supplemented to a common homogeneous flow approach. The homogeneous flow approach requires a suitable two-phase viscosity correlation. Among the commonly known correlations, the one that leads to the best match between the experimental and numerical data is identified and calibrated to improve the prediction quality of the flow model. The adapted viscosity correlation together with the extended model approach to capture the hysteresis of the flow leads to a high prediction quality of the homogeneous flow model. Around 70% of the experimental data is predicted within an error band of only 5% resulting in a mean relative error of 4 %. The basic homogeneous flow model that is not able to capture hysteresis together with the application of the unmodified viscosity correlation, predicts only around 40% of the experimental data within an error band of 5% and yields a mean relative error of 7 %. The accuracy of the developed model could be proven for experimental investigations in a steel capillary. A systematic procedure for the investigation of refrigerant flow in a capillary tube including a guideline for the parametrization of the flow model is proposed., Kapillare werden in eher kleinen Wärmepumpen als Drosselorgane eingesetzt. Da sie den Kältemittelmassenstrom im System regulieren, wirken sie sich maßgeblich auf den Betrieb und die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe aus. Eine modellbasierte Betrachtung stellt eine wertvolle Möglichkeit dar, das Optimierungspotenzial des Kapillardesigns hinsichtlich einer gesteigerten Energieeffizienz der Wärmepumpe auszuschöpfen. Ein valides und prädiktives Kapillarmodell innerhalb eines validen Gesamtmodells der Wärmepumpe ist dabei unabdingbar, um sich auf die Ergebnisse der Optimierung bzgl. des Kapillardesigns verlassen zu können. Die Modellierung der Kapillare in der Literatur entspricht der Modellierung des einphasigen flüssigen und zweiphasigen Kältemittels in einem langen Rohr mit sehr kleinem Durchmesser. Wissenschaftler beschäftigen sich seit Jahrzehten mit der Modellierung von Kältemittelströmung durch Kapillare, jedoch wurden bis zu diesem Zeitpunkt keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt. Insbesondere natürliche Kältemittel sind weniger umfangreich untersucht. Propan stellt ein Beispiel dar, zu welchem Kältemittel besonders wenige Experimentaldaten verfügbar sind, sodass eine zuverlässige Validierung von Strömungsmodellen schwierig ist. Überdies ist es wichtig den Phasenübergang von flüssig zu zweiphasig in der Kapillare zu erfassen, da dies der gängige Betriebszustand der Kapillare innerhalb der Wärmepumpe ist. Viele Experimente befassen sich jedoch ausschließlich mit der zweiphasigen Strömung von Kältemitteln in Kapillaren. Jedoch treten beim Phasenübergang komplexe Strömungsphänomene, wie z.B. ein Hysterese-Effekt, auf. Der Hysterese-Effekt bewirkt, dass bei gleichen Strömungsbedingungen in der Kapillare unterschiedliche Massenströme oder Druckverluste gemessen werden, abhängig davon welche Zustände zuvor herrschten. Da die Datengrundlage von Propan grundsätzlich sehr dünn ist und der Hysterese-Effekt in der Literatur kaum dokumentiert ist, liefert diese Arbeit umfangreiche experimentelle Daten von Propanströmen durch eine Kupferkapillare. Die experimentellen Daten decken einen breiten Bereich an Strömungszuständen ab, die von 16 bis 25 bar Eintrittsdruck, Unterkühlungstemperaturen von 5 bis 9K am Kapillareintritt und Massenstromdichten von 3430 bis 4573 kg/m2s reichen. Die charakteristischen Ausprägungen der vermessenen Hysteresekurven wurden quantitativ und qualitativ bewertet und zusammengefasst. Durch den Hysterese-Effekt kann es zu einem Unterschied im gemessenen Druckverlust in der Kapillare von 20% bei gleichen Eintrittsbedingungen kommen, abhängig von der Historie der vermessenen Unterkühlungstemperaturen im Kapillareintritt. Es wurden systematische Untersuchungen durchgeführt, welche die Hypothese unterstützen, dass eine veränderte Benetzung der Kapillare einen Hystere-Effekt hervorrufen kann. Zweiphasige Strömung, die über einen zuvor benetzten Teil der Kapillare strömt, erfährt weniger Reibung, wodurch es zu einem geringeren Druckverlust in der Kapillare kommt. Diese Erkenntnisse wurden in einen mathematischen Modellansatz überführt, durch welchen ein gängiges homogenes Strömungsmodell weiter entwickelt wurde. Homogene Strömungsmodelle bedürfen einer Korrelation zur Berechnung der zweiphasigen Viskosität des Kältemittels. Unter den gängigen zweiphasigen Viskositätsansätzen wurde ermittelt, welcher Ansatz zusammen mit dem homogenen Strömungsmodell die Experimentaldaten am besten prädiziert. Der identifizierte Ansatz wurde im Vergleich mit den Experimentaldaten kalibriert, sodass die Prädiktionsgüte des Modells weiter gesteigert werden konnte. Das homogenen Strömungsmodell zusammen mit dem adaptierten Viskositätsansatz und dem Modellansatz zur Beschreibung des Hysterese-Effekts prädiziert 70% der Experimentaldaten innerhalb eines Fehlerbandes von 5% und resultiert in einem mittleren relativen Fehler von 4 %. Das herkömmliche homogene Strömungsmodell, welches den Hysterese-Effekt nicht modelliert, zusammen mit dem unmodifizierten Viskositätsansatz, prädiziert verglichen damit lediglich 40% der Experimentaldaten innerhalb eines Fehlerbandes von 5% und resultiert in einem mittleren relativen Fehler von 7 %. Die Prädiktionsgüte des entwickelten Strömungsmodells konnte im Vergleich mit weiteren Experimentaldaten in einer Stahlkapillare nachgewiesen werden. Die experimentellen Untersuchungen dieser Arbeiten wurden in einer systematischen Prozedur für die generelle Untersuchung von Kältemittelströmen in Kapillarrohren zusammengefasst und um einen Leitfaden für die Parametrierung des entwickelten Strömungsmodells ergänzt.

This thesis develops several innovations to improve the representation of the regional dynamics of agri-food sectors in applied trade models. The first chapter presents an original theoretical framework to analyze the dynamics and resilience of agricultural value chains. We use this framework to discuss the consequences of the COVID-19 pandemic on food supply chains. The second chapter presents a multi-regional dynamic model of agricultural value chain with economies of agglomeration. It is calibrated on the French dairy sector. We show that the dynamic response of regional value chains to shocks on the price of dairy products and transport costs can be chaotic and hysteretic. The regions with the densest production have the most resilient dairy sectors. In the third chapter, we modify the MIRAGRODEP computable general equilibrium trade model to integrate the representation of agricultural value chains with economies of agglomeration developed in chapter 2. We show the importance of hysteresis in trade by simulating scenarios with different chronologies of dairy market liberalization. We study the consequences of different types of supports of the dairy sector on their geographic distribution. Finally, we show that an environmental taxation of coal and petroleum products leads to an increase of transport costs and the concentration of milk production., Cette thèse propose différentes innovations pour améliorer la représentation des dynamiques des filières agricoles au niveau régional dans les modèles appliqués de commerce international. Le premier chapitre présente un cadre théorique simple et original pour analyser la dynamique et la résilience des filières agricoles. Nous utilisons ce cadre pour discuter des conséquences des perturbations entrainées par la pandémie de COVID-19 sur les filières. Le second chapitre présente un modèle dynamique multirégional appliqué de filière agricole permettant la représentation d'économies d'agglomération. Nous calibrons ce modèle sur la filière laitière française. Nous simulons différents scénarios de chocs sur le marché du lait et sur les coûts de transports du lait. Nous montrons que la dynamique des filières en réponse à ces chocs peut être chaotique et hystérétique. Nous montrons que les secteurs laitiers sont plus résilients dans les régions où la production est la plus dense. Enfin, dans le troisième chapitre nous modifions le modèle de commerce en équilibre général calculable MIRAGRODEP pour intégrer la représentation de filières régionales avec économies d'agglomération développée dans le deuxième chapitre. Cela nous permet d'intégrer la complexité des interactions dans le temps et dans l'espace entre les filières régionales connectées par les marchés à travers le monde. Nous montrons l'importance de l'hystérèse dans le commerce en simulant des scénarios avec différentes chronologies de libéralisation du marché des produits laitiers. Nous étudions les conséquences sur la répartition géographique des filières de différents soutiens au secteur laitier. Enfin, nous montrons qu'une taxation des sources d’énergies carbonées mène à une augmentation des coûts de transports et à une plus forte concentration de la production laitière.

Piezoelektrische Materialien besitzen ein breites Anwendungsspektrum und werden in Aktoren sowie in Sensoren eingesetzt. Das Material zeigt ein starkes nichtlineares Verhalten, welches meist nur linearisiert angenähert wird. Das Ziel dieser Studie ist einen Algorithmus zu entwickeln, der ein eindimensionales piezoelektrisches System inklusive Nichtlinearitäten im eingeschwungenen Zustand lösen kann. Das nichtlineare Verhalten von piezoelektrischen Materialien, im speziellen piezoelektrischen Keramiken, wird mithilfe von wichtigen Erkenntnissen aus der aktuellen Literatur erläutert und verschiedene Polarisationsmechanismen kurz dargestellt. Die Polarisation wird unter Verwendung der Domain-Wall-Theorie modelliert, das auf dem Jiles-Atherton-Model für die magnetische Hysterese basiert. Die Interaktion zwischen der Polarisation und dem elektrischen Feld resultiert in einer typischen Hysterese. Ausgehend von dem dreidimensionalen linearen piezoelektrischen System wird ein eindimensionales System, unter passenden Annahmen, hergeleitet. Das eindimensionale System wird mithilfe des Domain-Wall-Model um das nichtlineare Polarisationsverhalten erweitert. Durch den multiharmonischen Ansatz und Harmonic-Balance-Methode wird das System für eingeschwungene Zustände gelöst. Die nichtlineare Polarisation wird im Zeitbereich mit dem Domain-Wall-Model berechnet und anschließend in den Frequenzbereich transformiert. Im Frequenzbereich wird das System durch drei verschiedene Fixpunkt-Iterationen (r-Ansatz, E-S-Ansatz und chi-Ansatz) gelöst. Mithilfe dieser Ansätze wird das eindimensionale System für verschiedene Lastfälle gelöst und die Resultate miteinander verglichen. Der E-S-Ansatz konvergiert nicht immer und der chi-Ansatz ist im Vergleich zu den anderen Ansätzen ungenau. Die besten Ergebnisse werden mit dem r-Ansatz erzielt. Dieser ist sehr robust und kann als einziger Algorithmus mit bipolaren Lastfällen umgehen. Zudem konvergiert der r-Ansatz auch mit wenigen Termen des multiharmonischen Ansatzes zur richtigen Lösung. Des weiteren wird mit einer höheren Anzahl an Termen die Lösung besser approximiert., Piezoelectric materials have a wide range of applications and are used in actuators as well as in sensors. The materials have a non-linear material behavior, which are often modeled linearly. The range of applicability for linear models is limited due to the actual nonlinear behavior of the material. The goal of this thesis is to develop an algorithm that can find the steady state solution of a nonlinear one dimensional piezoelectric system.The nonlinear behavior of piezoelectric ceramics is described by highlighting important results from literature review and various polarization mechanisms are presented. The interaction between the polarization and the electric field results in a typical hysteresis. For modeling the polarization hysteresis the domain wall model is used, which is based on the Jiles-Artherton model for magnetization. Starting from the linear three dimensional constitutive equations, suitable assumptions are made to derive the one dimensional piezoelectric system. The one dimensional system gets extended with the nonlinear polarization behavior using the domain wall model. With the use of the multiharmonic approach and the harmonic balance method, the system is solved for quasi-static steady state solutions. The nonlinear polarization is evaluated in the time domain and transformed into the frequency domain, where the system is solved via fix point iteration. Three different fix point iterations (r-approach, E-S-approach and chi-approach) are introduced. With the help of these approaches, the system gets solved for various load cases and the results are compared. The E-S-approach does not converge for every case and the chi-approach is slow and not very accurate compared to the r-approach. The best results are obtained with the r-approach. This approach is very robust and is the only approach that handles bipolar loading cases well. Furthermore the r-approach converges to the correct solution even when considering only a few harmonics. With a larger number of considered harmonics the solution can be approximated more accurately, at the expense of greater numerical effort.

We study an imbibition problem for porous media. When a wetted layer is above a dry medium, gravity leads to the propagation of the water downwards into the medium. In experiments, the occurrence of fingers was observed, a phenomenon that can be described with models that include hysteresis. In the present paper, we describe a single finger in a moving frame and set up a free boundary problem to describe the shape and the motion of one finger that propagates with a constant speed. We show the existence of solutions to the travelling wave problem and investigate the system numerically., Comment: 28 pages, 6 figures, prepared for journal submission

Ever since their discovery in 1991, carbon nanotubes are of great interest to the scientific community due to their outstanding optical, mechanical and electrical properties. Considering their impressive properties, as for instance the high current carrying capability and the possibility of ballistic charge transport, carbon nanotubes are a desired channel material in field-effect transistors, especially with respect to high frequency communication electronics. Thus, many scientific studies on CNT-based field-effect transistors have been published so far. But despite the successful verification of excellent individual electric key values, corresponding experiments are mostly performed under synthetic conditions (considering e.g. temperature or gas atmosphere), which are not realizable during realistic application scenarios. Furthermore, technologically relevant factors like homogeneity, reproducibility and yield of functioning devices are often subordinated to the achievement of a single electric record value. Hence, this work focuses on the development of a fabrication technology for carbon nanotube field-effect transistors, that takes those factors into account. Thereby, this work expands the state of the art by introduction and statistical assessment of two cleaning processes: a) wet chemical removal of surfactant residues (sodium dodecylsulfate) from CNTs, integrated using the dielectrophoretic approach, by investigation and comparison of four procedures (de-ionized water, HNO3, oDCB, Ethanol); b) the reduction of process-related substrate contaminations by application of an oxygen plasma. Beyond that, the passivation of the final, working devices is developed further, as their typical definition as diffusion barrier is expanded by the reduction of parasitic capacitances in the transistor. In this context, two so far barely considered materials, hydrogen silsesquioxane and Xdi-dcs, a polymer mixture of poly(vinylphenol) and polymethylsilsesquioxane, are investigated and assessed. The novelty of the Xdi-dcs mixture causes the necessity of fundamental considerations on controllable etching procedures and resulting adaptions of the technological fabrication sequence.:Bibliographic description 3 List of abbreviations 10 List of symbols 10 1 Introduction 13 2 Basics of carbon nanotubes 15 2.1 Structural fundamentals 15 2.1.1 Hybridization of carbon 15 2.1.2 Structure of carbon nanotubes 17 2.2 Electronic properties 19 2.2.1 Band structure of graphene 19 2.2.2 Band structure of carbon nanotubes 20 2.2.3 Electronic transport in CNTs 22 2.3 Procedures for CNT integration 23 2.3.1 Growth by chemical vapor deposition 24 2.3.2 Transfer techniques 24 2.3.3 Dispersion-related integration procedures 25 2.4 Interaction of CNT and surfactant 28 3 Basics of CNT field-effect transistors 31 3.1 Principle of operation of conventional FETs 31 3.2 Distinctive features of CNT-based FETs 32 3.2.1 Metal - semiconductor contact 33 3.2.2 Linearity 38 3.3 Performance determining factors 41 3.3.1 Device architecture 41 3.3.2 Contact geometry 46 3.3.3 Other transistor dimensions 48 3.3.4 CNT-related characteristics 49 3.4 Hysteresis in transfer characteristics 51 3.4.1 Definition of hysteresis 51 3.4.2 Origins of hysteresis 52 3.4.3 Appearance of hysteresis 53 3.5 Passivation 56 3.5.1 Requirements 56 3.5.2 Importance of pre-treatments and process conditions 57 3.5.3 Overview of established passivation materials 58 4 Experimental work 63 4.1 Transistor design 63 4.2 Technology flow 66 4.3 Experimental procedures 71 4.3.1 Procedures for dissolution of SDS 71 4.3.2 Plasma treatment against surface contaminations 72 4.3.3 Evaluation of diffusion barriers 72 4.4 Instrumentation and characterization 74 4.4.1 Dielectrophoresis instrumentation 74 4.4.2 Topographical Characterization 74 4.4.3 Chemical characterization 75 4.4.4 Electrical characterization 76 5 Reduction of hysteresis 77 5.1 Removal of surfactant molecules from CNTs 77 5.1.1 Influence on molecule and CNT chemistry 78 5.1.2 Effect on transistor performance 80 5.2 Plasma-assisted removal of substrate contaminations 87 5.2.1 Influence on substrate surface 88 5.2.2 Effect on transistor performance 92 6 Passivation 97 6.1 Protection against environmental effects 97 6.1.1 Alterability of unpassivated CNT-FETs 98 6.1.2 Effects of O2 exclusion by dense passivation 99 6.1.3 Intentional doping using Y2O3 101 6.2 Passivation considering electrostatic aspects 106 6.2.1 Integration of Xdi-dcs as novel passivation 107 6.2.2 Comparison of two spin-coated dielectrics 111 6.3 Potential of double-layer approaches 113 6.3.1 Evaluation of the gas barrier performance 113 6.3.2 Influence on the transistor behavior 116 7 Summary and Outlook 121 Danksagung 127 Appendix 129 Bibliography 137 List of figures 156 List of tables 161 Selbstständigkeitserklärung 163 8 Thesen 165 9 Curriculum vitae 169 Bereits seit ihrer Entdeckung 1991 sind Kohlenstoffnanoröhren, aufgrund ihrer herausragenden optischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften, für die wissenschaftliche Community von großem Interesse. Ihre Verwendung als Kanalmaterial in Feld-Effekt Transistoren ist in Anbetracht ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften, wie z. B. die hohe Stromtragfähigkeit, sowie die Möglichkeit des ballistischen Transports von Ladungsträgern besonders für die hochfrequente Kommunikationselektronik erstrebenswert. Dementsprechend viele wissenschaftliche Arbeiten befassen sich mit der Erforschung von auf Kohlenstoffnanoröhren basierenden Transistoren. Doch trotz des erfolgreichen Nachweises ausgezeichneter Werte für viele individuelle elektrische Kenngrößen, finden entsprechenden Experimente zumeist unter anwendungsfernen Bedingungen bezüglich Temperatur bzw. Gasatmosphäre statt. Darüber hinaus werden dem Erreichen eines elektrischen Rekordwertes oft technologisch relevante Größen wie Homogenität, Reproduzierbarkeit und Ausbeute an funktionsfähigen Bauteilen untergeordnet. Der Fokus dieser Arbeit liegt daher auf der Erarbeitung einer Technologie zur Herstellung Kohlenstoffnanoröhrenbasierter Feld-Effekt Transistoren, unter Berücksichtigung dieser Aspekte. Dabei erweitert diese Arbeit den Stand der Technik durch die Einführung und statistische Beurteilung zweier Reinigungsprozesse: a) der nasschemischen Beseitigung von Tensidresten (Natriumdodecylsulfat) an mittels Dielektrophorese integrierten CNTs, wobei insgesamt vier Prozeduren (de-ionisiertes Wasser, HNO3, oDCB, Ethanol) betrachtet und miteinander verglichen wurden; b) der Beseitigung von prozessbedingten Substratkontaminationen durch ein Sauerstoffplasma. Darüber hinaus wird die Passivierung der funktionsfähigen Bauelemente weiterentwickelt, indem ihre typische Definition als Diffusionsbarriere um den Aspekt der Verringerung parasitärer Kapazitäten im Transistor erweitert wird. In diesem Zusammenhang werden mit Wasserstoff-Silsesquioxane und Xdi-dcs, einem Polymergemisch aus Poly(vinylphenol) und Polymethylsilsesquioxane, zwei bislang wenig beachtete Materialien, untersucht und bewertet. Die Neuheit des Xdi-dcs Gemisches macht dabei fundamentale Untersuchungen zur Strukturierbarkeit und entsprechende technologische Anpassungen im Gesamtablauf nötig.:Bibliographic description 3 List of abbreviations 10 List of symbols 10 1 Introduction 13 2 Basics of carbon nanotubes 15 2.1 Structural fundamentals 15 2.1.1 Hybridization of carbon 15 2.1.2 Structure of carbon nanotubes 17 2.2 Electronic properties 19 2.2.1 Band structure of graphene 19 2.2.2 Band structure of carbon nanotubes 20 2.2.3 Electronic transport in CNTs 22 2.3 Procedures for CNT integration 23 2.3.1 Growth by chemical vapor deposition 24 2.3.2 Transfer techniques 24 2.3.3 Dispersion-related integration procedures 25 2.4 Interaction of CNT and surfactant 28 3 Basics of CNT field-effect transistors 31 3.1 Principle of operation of conventional FETs 31 3.2 Distinctive features of CNT-based FETs 32 3.2.1 Metal - semiconductor contact 33 3.2.2 Linearity 38 3.3 Performance determining factors 41 3.3.1 Device architecture 41 3.3.2 Contact geometry 46 3.3.3 Other transistor dimensions 48 3.3.4 CNT-related characteristics 49 3.4 Hysteresis in transfer characteristics 51 3.4.1 Definition of hysteresis 51 3.4.2 Origins of hysteresis 52 3.4.3 Appearance of hysteresis 53 3.5 Passivation 56 3.5.1 Requirements 56 3.5.2 Importance of pre-treatments and process conditions 57 3.5.3 Overview of established passivation materials 58 4 Experimental work 63 4.1 Transistor design 63 4.2 Technology flow 66 4.3 Experimental procedures 71 4.3.1 Procedures for dissolution of SDS 71 4.3.2 Plasma treatment against surface contaminations 72 4.3.3 Evaluation of diffusion barriers 72 4.4 Instrumentation and characterization 74 4.4.1 Dielectrophoresis instrumentation 74 4.4.2 Topographical Characterization 74 4.4.3 Chemical characterization 75 4.4.4 Electrical characterization 76 5 Reduction of hysteresis 77 5.1 Removal of surfactant molecules from CNTs 77 5.1.1 Influence on molecule and CNT chemistry 78 5.1.2 Effect on transistor performance 80 5.2 Plasma-assisted removal of substrate contaminations 87 5.2.1 Influence on substrate surface 88 5.2.2 Effect on transistor performance 92 6 Passivation 97 6.1 Protection against environmental effects 97 6.1.1 Alterability of unpassivated CNT-FETs 98 6.1.2 Effects of O2 exclusion by dense passivation 99 6.1.3 Intentional doping using Y2O3 101 6.2 Passivation considering electrostatic aspects 106 6.2.1 Integration of Xdi-dcs as novel passivation 107 6.2.2 Comparison of two spin-coated dielectrics 111 6.3 Potential of double-layer approaches 113 6.3.1 Evaluation of the gas barrier performance 113 6.3.2 Influence on the transistor behavior 116 7 Summary and Outlook 121 Danksagung 127 Appendix 129 Bibliography 137 List of figures 156 List of tables 161 Selbstständigkeitserklärung 163 8 Thesen 165 9 Curriculum vitae 169

The first of this two-part article illustrates the state-of-the-art in soft magnetic materials characterization starting with very early developments and giving a retrospective view of research carried out in this field. One famous measurement setup is the Epstein frame, named after Josef Epstein. Around 1900, he published a German article about “The magnetic testing of laminated steel”. As it is highly likely interesting to researchers worldwide, the authors reconsidered his contributions in English language. Consequently, the most common measurement setups are introduced. Besides the Epstein frame, these are the single sheet tester and setups analyzing ring-shaped specimens. These setups allow for a 1-D characterization of the material, while it usually features anisotropic properties and cross-coupling of the magnetization axes. For this reason, 2-D and even 3-D setups are considered and presented here. This article provides a thorough introduction to the field of material characterization. It is the basis for modeling the material characteristics, which is presented in the second part, which also includes recent developments for considering manufacturing impact. It is of particular interest when dealing with mass-produced electric machines. Eventually, these articles shall constitute valuable references for both engineers new to this field as well as experienced researchers. (VLID)5526111 Version of record

This thesis includes two parts presenting the results on the research on the deformation of ferrofluid-filled elastic capsules in external magnetic fields as well as on the possibility of the usage of swelling elastic disks as microswimmers by triggering hysteretic shape transformations. The first part is a primarily theoretical study of deformations and shape transitions of ferrofluid capsules induced by homogeneous and inhomogeneous magnetic fields. The thin elastic shell is modelled by a non-linear shallow shell theory resulting in a system of non-linear shape equations. The properties of the ferrofluid are represented in these equations by the magnetic surface force density that is derived from the magnetic stress tensor by Rosensweig. The elastic part and the magnetic part form a coupled self-consistent problem that is solved iteratively. With that model, two different general cases are investigated. The objective of the first investigation are linearly magnetizable ferrofluid capsules in homogeneous external fields. These capsules are elongated into spheroidal shapes at first and show a transition into shapes with conical tips for stronger magnetic fields and higher susceptibilities. This behavior is shown to be completely analogous to the behavior of simple ferrofluid drops. After that, the model is tested in a comparison with the deformation behavior of real ferrofluid-filled alginate capsules in an experiment with an inhomogeneous external field. All parameters of the capsules and the magnetic field are determined from the experiment. With the surface Poisson ratio as a fit parameter, a good agreement between the numerics and the experiment can be observed. The Poisson ratio of the given alginate capsules is found to be surprisingly close to one. In the second part, the primary objective is to prove the concept that a flat elastic disk can be used as a microswimmer when a periodical swelling process triggers a shape transformation. Therefore, the disk is modelled by a simple spring mesh with an additional bending energy. A swelling pattern changing the springs’ rest length is defined and the total energy of the disk is minimized. This leads to either elliptic dome-like shapes or hyperbolic saddle-like shapes for sufficiently strong swelling. This transition into a curved shape shows numerical pseudohysteretic effects that can be expanded to a real hysteresis by adding an additional potential energy. These hysteretic effects are used to break the time invariance of the deformation and bypass the scallop theorem and allow the creation of a microswimmer. Since the swimmer is assumed to operate a low Reynolds numbers, where time invariant deformations do not cause any effective propulsion, these hysteretic effects are they key component in the swimming mechanism. In order to model the hydrodynamic interaction with a surrounding fluid, a Rotne-Prager model for the interaction between small spheres, that model the disk, is used. We find that the elliptic shape is able to move into the direction of its opening, while the hyperbolic shape cannot swim due to its symmetry. In addition, a simplified five-sphere model is introduced in order to imitate the deformation behavior of the disk and finally, the fluid velocity fields of the disk and the simplified model are analyzed., Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei separaten Teilen. Diese handeln zum einen von der Deformation mit einem Ferrofluid gefüllter elastischer Kapseln in externen Magnetfeldern, zum anderen wird die Möglichkeit untersucht, eine anschwellende elastische Scheibe als Mikroschwimmer zu nutzen. Der erste Teil ist eine primär numerische Untersuchung von Ferrofluidkapseln in Magnetfeldern. Die dünne elastische Schale eben jener Kapseln wird durch eine nichtlineare Theorie dünner Schalen modelliert. Zentraler Bestandteil dieses Modells ist ein System nichtlinearer Formgleichungen. Das Ferrofluid wird mit Hilfe der magnetischen Kraftdichte an der Oberfläche des Fluids an die Formgleichungen gekoppelt. Diese Kraftdichte basiert dabei auf dem magnetischen Spannungstensor von Rosensweig. Der magnetische und der elastische Teil formen dabei gemeinsam ein gekoppeltes selbstkonsistentes Problem, das iterativ gelöst wird. Mit diesem numerischen Modell werden zwei verschiedene Situationen untersucht. Zuerst werden linear magnetisierbare Kapseln in einem homogenen externen Feld betrachtet. Die Kapseln werden bei steigender Feldstärke gestreckt und nehmen die Form eines Ellipsoiden an. Bei starken Magnetfeldern und hinreichend großen Suszeptibilitäten kann ein Übergang in eine stark gestreckte Form mit konischen Spitzen beobachtet werden, wie er auch von einfachen Ferrofluidtropfen bekannt ist. Anschließend wird das Modell einem Praxistest unterzogen, indem ein experimenteller Vergleich mit der Deformation echter Alginatkapseln in einem inhomogenen Feld durchgeführt wird. Dazu werden sämtliche Parameter der Kapseln im Experiment bestimmt, die Poissonzahl wird in der Numerik jedoch als freier Fitparameter genutzt. Damit ergibt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment, sowohl bei der Kapselform als auch in der Aussage, dass die Poissonzahl dieses Alginatsystems ungewöhnlich groß, nämlich beinahe eins, ist. Der zweite Teil dieser Arbeit ist primär eine Machbarkeitsstudie, bei der es darum geht zu zeigen, dass eine flache elastische Scheibe durch periodisches An- und Abschwellen als Mikroschwimmer eingesetzt werden kann. Dazu wird die Elastizität der Scheibe durch ein einfaches Federgitter mit einer zusätzlichen Biegeenergie modelliert. Beim Anschwellen wird die Ruhelänge der Federn verändert und durch eine Minimierung der Gesamtenergie wird die daraus resultierende Form der Scheibe berechnet. Bei hinreichend starkem Anschwellen oder Schrumpfen findet ein Übergang in eine gekrümmte Form statt. Dies ist entweder eine elliptische Kuppelform oder ein hyperbolischer Sattel. Dabei treten numerische Pseudohystereseeffekte auf, die durch eine zusätzliche potentielle Energie auch um einen echten Hysteresebereich erweitert werden können. Durch diese Hystereseffekte wird die Zeitumkehrinvarianz der Deformation gebrochen, was die Nutzung als Mikroschwimmer ermöglicht. Da der Schwimmer im Regime kleiner Reynoldszahlen angesiedelt ist, können zeitumkehrinvariante Deformationen keinen effektiven Vortrieb erzeugen und die Hysterese stellt eine Schlüsselkomponente im Antrieb des Schwimmers dar. Die hydrodynamische Wechselwirkung mit dem Fluid wird anschließend durch eine Rotne-Prager-Wechselwirkung simuliert, bei der die eigentlicheWechselwirkung zwischen kleinen Kugeln stattfindet, die die Scheibe nachbilden. Im Ergebnis gibt es eine effektive Schwimmbewegung der elliptischen Form, während die eigene Symmetrie eine Bewegung des Sattels verhindert. Anschließend wird ein vereinfachtes 5-Kugel-Modell eingeführt, um den Schwimmmechanismus der Scheibe nachzubilden. Zum Abschluss folgt eine Untersuchung des Geschwindigkeitsfeldes des Fluids in der direkten Umgebung der Scheibe und des vereinfachten Modelschwimmers.

Der erste Teil dieses zweiteiligen Artikels handelt von den anfänglichen Werken von J. Epstein um 1900 und einleitenden Erklärungen zu gängigen Messvorrichtungen. Darauf aufbauend werden hier neueste Entwicklungen und zukünftige Trends im Bereich der Materialcharakterisierung präsentiert. Die Quantifizierung der Eigenschaften weichmagnetischer Materialien erfuhr in letzter Zeit eine gesteigerte Bedeutung. Aufgrund neuer Optimierungstechniken und Fortschritten im Bereich numerischer Verfahren, werden heutzutage höchsteffiziente elektromagnetische Apparate entwickelt. Klassische Modellierungsverfahren wurden auf der Basis von grundlegenden Annahmen, wie sinusförmigen Flussdichteverläufen, entwickelt. Diese Annahmen sind heutzutage nicht mehr im vollen Umfang zutreffend, weshalb eine genaue Bewertung der Effizienz und Qualität elektrischer Maschinen oder Aktuatoren nicht mehr möglich ist. Dieser Artikel behandelt typische Modellierungsverfahren, aktuelle Verbesserungsansätze von etablierten Modellen und auch von Grund auf neu entwickelte Techniken. Überdies wird der signifikante Einfluss der Materialbearbeitung auf die elektromagnetischen Eigenschaften und folglich auf die Performanz von Aktuatoren und elektrischen Maschinen thematisiert. Jüngste Anstrengungen zu dessen Berücksichtigung im Entwurfsprozess werden aufgezeigt. Zusammenfassend gibt dieser Artikel einen profunden Überblick über den aktuellen Stand der Technik, sowie jüngste Verbesserungen und zukünftige Trends in der Charakterisierung weichmagnetischer Materialien. Er ist daher sowohl für Neueinsteiger, als auch für Experten, sowie für Personen aus der akademischen Forschung, aber auch für Ingenieure aus der industriellen Praxis wertvoll. The first part of this two-part article is about a retrospective view of material characterization, starting with the work of J. Epstein around the year 1900 and respective basic explanations. Consequently, the work presented herein is about the current state-of-the-art, recent developments, and future trends in characterization of ferromagnetic materials. Modeling is in fact a type of characterization, in a phenomenological and mathematical sense, and therefore it is treated with due attention in this article. Quantifying the properties of soft magnetic materials retains significant scientific attention. Thanks to new optimization techniques and advances in numerical evaluation, modern electromagnetic devices feature high utilization. Classical models exhibit assumptions that do not allow modern machine or device characterization with high accuracy. In this manuscript, typically applied techniques and recent incremental improvements, as well as newly developed models are introduced and discussed. Moreover, the significant impact of manufacturing on the materials characteristics and its quantification is illustrated. Within this article, a broad overview of the state-of-the-art as well as recent advances and future trends in soft magnetic material characterization is presented. Thus, it is a valuable reading for beginners and experts, from academia and industry alike. (VLID)5526434 Version of record

Neuere Erkenntnisse zum Umsatzverhalten an Dieseloxidationskatalysatoren (DOCs) zeigen, dass das Umsatzverhalten von Schadstoffen vom Oxidationsgrad der verwendeten Edelmetallkatalysatoren abhängen kann. Dabei wird deutlich, dass sich der Oxidationsgrad bei typischen Abgaszusammensetzungen langsam und reversibel mit der Katalysatortemperatur ändert. Das kann bei periodischen Katalysatortemperaturänderungen zu einem ausgeprägten Hystereseverhalten führen. Bisherige Ergebnisse liegen insbesondere zum Verhalten der NO-Oxidation an Platin-Katalysatoren vor. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, die Untersuchungen auf seriennahe Pd- und PtPd-Mischkatalysatoren sowie auf andere abgastypische Schadstoffe, wie CO und Kohlenwasserstoffe, zu erweitern und dabei auch den Einfluss der Katalysatoralterung zu erfassen. Es wurde ein globalkinetisches Modell entwickelt und an die experimentellen Befunde angepasst. Dabei zeigte sich, dass es in der Regel möglich ist, das Umsatzverhalten bei reinen Pt- und Pd-Katalysatoren mit diesem örtlich eindimensionalen, makrokinetischen Zweiphasenmodell zutreffend zu beschreiben, wohingegen das Verhalten auf Pt/Pd-Mischkatalysatoren weniger gut simuliert werden kann. Dies ist vermutlich auf die heterogene Struktur der Pt/Pd-legierten Partikel zurückzuführen.

Despite the appearance of competition between currencies, the US dollar remains the invoicing currency among the actors of international trade. Such observation is derived from ample statistical evidence contained in this thesis. This observation represents the starting-point of a broader reflection on the rationale underlying the choice of an invoicing currency in international trade, which is the central question which this thesis aims to address. Various determinants have been closely examined by the academic literature to that end. Three approaches dealt with the subject, each with its distinct methodology, and can therefore be analyzed comparatively: the standard macroeconomic approach, the institutionalist approach, and the international political economy approach. The main result of this thesis is that preference for the US dollar cannot be explained exclusively by the instrumental approaches of money which usually prevail in international macroeconomics: their contributions are useful but inadequate as they envision money primarily as a tool for maximizing individual utilities. By applying the institutionalist reading to international exchanges, the thesis introduces the necessity of trust and ethical appeal that money inspires, and the centrality of the social order that its regulatory institutions pursue. This necessity was reasserted throughout the twentieth century, as competing currencies failed to challenge the supremacy of the dollar. It is also evidenced by the resilience of the American currency itself., Malgré une apparente concurrence entre les monnaies, le dollar américain est la monnaie adoptée par la majorité des participants aux échanges internationaux, exportateurs et importateurs. C’est ce que montre l’état des lieux statistique proposé dans cette thèse. Partant d’un tel constat, l’objectif de cette thèse est d’expliquer les choix de monnaies de facturation du commerce international. Différents déterminants ont été établis par la littérature académique pour expliquer les choix de monnaies de facturation. Trois approches, aux méthodologies sensiblement distinctes, y contribuent, et peuvent dès lors être confrontées : l’approche macroéconomique standard, l’approche institutionnaliste, et l’approche de l’économie politique internationale. Le principal résultat de cette thèse est de montrer que la compréhension du choix du dollar américain ne peut se contenter des déterminants mis en évidence par les approches instrumentales de la monnaie qui dominent la macroéconomie internationale, et dans lesquelles la monnaie est avant tout vue comme un outil de maximisation d’utilités individuelles : leurs apports sont utiles, mais insuffisants. En appliquant la lecture institutionnaliste aux échanges internationaux, la thèse introduit l’importance des rapports de confiance et d’adhésion des acteurs à l’égard de la monnaie et de l’ordre défendu par ses institutions régulatrices. Cette importance se vérifie dans l’histoire du XXe siècle, à la fois dans l’échec des monnaies concurrentes du dollar, et dans la persistance de la monnaie américaine elle-même.

Die Magnetisierungskurven und Ummagnetisierungsverluste weichmagnetischer Werkstoffe zeigen sich stark abhängig von den zur Bearbeitung eingesetzten Trennverfahren. Nach dem theoretischen Ergründen der Ursachen und dem Entwurf einer genauen und praxistauglichen Prüfmethodik erfolgt die messtechnische Charakterisierung dieser Abhängigkeiten an ausgewählten Werkstoffen, Trennverfahren, Probengeometrien und Magnetisierungsbedingungen. Dies ermöglicht erste Rückschlüsse auf die Sensitivität magnetischer Eigenschaften gegenüber Bearbeitungseffekten. Anhand der Ergebnisse können schließlich Modelle zur Beschreibung der Materialdegeneration an Bearbeitungskanten identifiziert werden. Weiterführend werden drei Methoden zur Nachrechnung von Magnetkreisen eingeführt, um im Entwurfsprozess elektrischer Maschinen den Einfluss von degenerierten Eigenschaften abzuschätzen. Diese werden abschließend an praktisch relevanten Anordnungen mit konventionellen Berechnungen und Messwerten verglichen. Magnetization curves and core losses of soft magnetic materials are strongly dependent on the applied cutting processes. After identifying the theoretical causes and designing an accurate and convenient measuring technique those dependencies are determined from selected materials, cutting processes, sample geometries and magnetization conditions. Thus, first conclusions about the sensitivity of magnetic properties to cutting effects are possible. The results eventually enable the identification of models specifying the material degeneration at cutting edges. Furthermore, three methods are introduced in order to describe magnetic circuits, as common in electrical machines, but under the influence of degenerated properties. Finally, those methods are compared to conventional calculations and measurements at practically relevant cores.

This thesis addresses the question of how regions can adapt to technological and social changes. In the face of recent economic rises, disruptive digitalization, and the need to transition towards sustainability, processes of diversification, transformation, and renewal have become increasingly important to strengthen the dynamics development of regions. While the creation or the lock-in of regional development paths has received a lot of attention by economic geographers, studies on the transformation of existing paths are relatively scarce. Instead, in recent decades scientific, political, and economic actors alike have promoted a logic of specialization to support regional competitiveness. Yet the processes outlined above require that these specializations are combined with novel, external knowledge inputs. In order to capture these processes of the accumulation and combination of knowledge, this thesis introduces and applies the concept of knowledge dynamics. It differentiates interaction processes by the degree of institutional and cognitive distance that actors have to bridge. In the theoretical framework of this thesis, these knowledge dynamics are brought together with path development research of the Evolutionary Economic Geography and Innovation Systems literature strands. At the center of this thesis stand the questions of how different knowledge dynamics influence, and are influenced by, the elements and institutions of regional economic landscapes. In four papers based on empirical material from different contexts, these interfaces are explored. Thereby the focus is laid on knowledge dynamics in symbolic knowledge bases of music scenes, as the field of non-technological innovation is relatively underexplored despite its increasing economic significance. In order to quantitatively measure innovation and knowledge dynamics in this creative industry, this thesis employs so-called resonance indicators derived from digital social data. The findings of this thesis show that the interplay of cumulative and combinatorial knowledge dynamics leads to processes of path modernization and branching. While cumulative knowledge dynamics guide the direction of potential diversification routes, combinatorial knowledge dynamics affect the creation and transformation of new organizations and institutions. In order to promote these dynamics, path plasticity and the openness to extralocal knowledge sources should be promoted., Diese Dissertation untersucht, wie Regionen sich an sozialen und technologischen Wandel anpassen. Angesichts ökonomischer Krisen, einer disruptiven Digitalisierung und der Notwendigkeit einer Transition hin zu nachhaltigen Wirtschaftsformen werden Prozesse der Diversifizierung, Transformation und Erneuerung immer bedeutsamer für die Regionalentwicklung. Während die Wirtschaftsgeographie bisher eingehend untersuchte, wie regionale Entwicklungspfade durch Lock-In-Prozesse erstarren, ist die Zahl wirtschaftsgeographischer Studien zur Transformation von regionalen Entwicklungspfaden vergleichsweise gering. Stattdessen ist zu beobachten, dass in den letzten Jahrzehnten vor allem Logiken räumlicher Spezialisierung von wissenschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Akteuren ge- und befördert wurden, um regionale Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Die hier skizzierten Veränderungsprozesse erfordern jedoch, dass diese regionalen Spezialisierungen mit neuem, externen Wissen kombiniert werden. Um die Prozesse der Akkumulation und Kombination von Wissen zu erfassen, führt diese Thesis das Konzept der Wissensdynamiken ein und demonstriert seine Anwendung. Wissensdynamiken differenzieren Interaktionsprozesse anhand der institutionellen und kognitiven Distanzen welche Akteure überbrücken müssen. Im theoretischen Rahmen dieser Arbeit wird das Konzept der Wissensdynamiken zusammengebracht mit der Forschung zu Pfadentwicklung in der Evolutorischen Wirtschaftsgeographie und Innovationssystemsanalyse. Im Kern dieser Dissertation steht die Frage nach den Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Wissensdynamiken und den Elementen und Institutionen regionaler wirtschaftlicher Landschaften. In vier wissenschaftlichen Zeitschriftenartikeln, welche auf empirischem Material aus verschiedenen Kontexten basieren, werden diese Schnittstellen zwischen Interaktionen, Elementen und Institutionen untersucht. Hierbei wird ein Schwerpunkt auf Wissensdynamiken in symbolischen Wissensbasen von Musikszenen gelegt, da nicht-technologische Innovationen trotz ihrer ökonomischen Bedeutung noch relativ unerforscht sind. Um Innovationen und Wissensdynamiken in der Kreativwirtschaft zu messen, werden in dieser Arbeit sogenannte Resonanzindikatoren auf Basis digitaler sozialer Daten entwickelt, gemessen und analysiert.

The tailored chemical synthesis of binary and ternary alloy nanoparticles with a uniform elemental composition is presented. Their dual use as magnetic susceptors for induction heating and catalytic agent for steam reforming of methane to produce hydrogen at temperatures near and above 800 °C is demonstrated. The heating and catalytic performance of two chemically synthesized samples of CoNi and Cu⊂CoNi are compared and held against a traditional Ni-based reforming catalyst. The structural, magnetic, and catalytic properties of the samples were characterized by X-ray diffraction, elemental analysis, magnetometry, and reactivity measurements. For induction-heated catalysts, the conversion rate of methane is limited by chemical reactivity, as opposed to the case of traditional externally heated reformers where heat transport limitations are the limiting factor. Catalyst production by the synthetic route allows controlled doping with miniscule concentrations of auxiliary metals.

International audience; L'utilisation du bois dans la construction peut présenter un atout en termes de structures innovantes et d'enjeux environnementaux. Les recherches actuelles au sein du laboratoire Navier tentent de mieux comprendre l'effet de l'humidité sur les propriétés mécaniques du bois et des structures en bois. En effet, ce matériau est sensible aux variations climatiques (température, humidité relative) et ses propriétés peuvent être altérées en condition d'usage et induire des désordres dans les structures, du fait notamment des variations dimensionnelles. Il est donc nécessaire de mieux comprendre les comportements du bois en conditions variables d'hygrométrie. Ce travail vise à étudier le comportement hygroscopique du bois en sorption/désorption, mis en lien avec sa structure, par la technique de relaxométrie par Résonance Magnétique Nucléaire. Cette technique non destructive et non invasive permet de suivre les états de l'eau dans le bois au cours de variations hygrométriques.

Despite the appearance of competition between currencies, the US dollar remains the invoicing currency among the actors of international trade. Such observation is derived from ample statistical evidence contained in this thesis. This observation represents the starting-point of a broader reflection on the rationale underlying the choice of an invoicing currency in international trade, which is the central question which this thesis aims to address. Various determinants have been closely examined by the academic literature to that end. Three approaches dealt with the subject, each with its distinct methodology, and can therefore be analyzed comparatively: the standard macroeconomic approach, the institutionalist approach, and the international political economy approach. The main result of this thesis is that preference for the US dollar cannot be explained exclusively by the instrumental approaches of money which usually prevail in international macroeconomics: their contributions are useful but inadequate as they envision money primarily as a tool for maximizing individual utilities. By applying the institutionalist reading to international exchanges, the thesis introduces the necessity of trust and ethical appeal that money inspires, and the centrality of the social order that its regulatory institutions pursue. This necessity was reasserted throughout the twentieth century, as competing currencies failed to challenge the supremacy of the dollar. It is also evidenced by the resilience of the American currency itself.; Malgré une apparente concurrence entre les monnaies, le dollar américain est la monnaie adoptée par la majorité des participants aux échanges internationaux, exportateurs et importateurs. C’est ce que montre l’état des lieux statistique proposé dans cette thèse. Partant d’un tel constat, l’objectif de cette thèse est d’expliquer les choix de monnaies de facturation du commerce international. Différents déterminants ont été établis par la littérature académique pour expliquer les choix de monnaies de facturation. Trois approches, aux méthodologies sensiblement distinctes, y contribuent, et peuvent dès lors être confrontées : l’approche macroéconomique standard, l’approche institutionnaliste, et l’approche de l’économie politique internationale. Le principal résultat de cette thèse est de montrer que la compréhension du choix du dollar américain ne peut se contenter des déterminants mis en évidence par les approches instrumentales de la monnaie qui dominent la macroéconomie internationale, et dans lesquelles la monnaie est avant tout vue comme un outil de maximisation d’utilités individuelles : leurs apports sont utiles, mais insuffisants. En appliquant la lecture institutionnaliste aux échanges internationaux, la thèse introduit l’importance des rapports de confiance et d’adhésion des acteurs à l’égard de la monnaie et de l’ordre défendu par ses institutions régulatrices. Cette importance se vérifie dans l’histoire du XXe siècle, à la fois dans l’échec des monnaies concurrentes du dollar, et dans la persistance de la monnaie américaine elle-même.

Im Verkehrssektor sind die Emissionen in den letzten Jahren gestiegen statt gesunken. Um die Luft in den Städten kurzfristig zu verbessern, stellt die Bundesregierung Kommunen in einem Sofortprogramm derzeit eine Milliarde Euro für Mobilitätsprojekte bereit. Doch wie legt man sich langfristig auf neue Wege fest? Müssen jetzt schon Entscheidungen für Pfade getroffen werden, die möglicherweise später nur schwer verlassen werden können? In diesem Fall entstehen Pfadabhängigkeiten. Zwei wichtige Kriterien für eine Entscheidungsfindung sind grundsätzlich der Zeitpunkt und die Anpassungsfähigkeit. In der Analyse beschreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie man mit diesen Kriterien umgehen kann., Schriftenreihe Energiesysteme der Zukunft: Analyse

The transition from one economic equilibrium to another as a consequence of shocks is often associated with sunk adjustment costs. Firm-specific sunk market entry investments (or sunk market exit costs) in case of a reaction to price shocks are an example. These adjustment costs lead to a dynamic supply pattern similar to hysteresis. In analogy to hysteresis losses" in ferromagnetism, we explicitly model dynamic adjustment losses in the course of market entry and exit cycles. We start from the micro level of a single firm and use explicit aggregation tools from hysteresis theory in mathematics and physics to calculate dynamic losses. We show that strong market fluctuations generate disproportionately large hysteresis losses for producers. This could offer a reason for the implementation of stabilizing measures and policies to prevent strong (price) variations or alternatively - reduce the sunk entry and exit costs. However, the explicit inclusion of uncertainty (associated with an option value of waiting) is shown to reduce economic hysteresis losses. Based on theoretical considerations of hysteresis losses, this manuscript also introduces a new measure (an indicator) to capture hysteresis losses empirically. As examples, the most important German export sectors to the U.S. and Italian wine exports to the U.S. are investigated. In both cases, the theoretical findings of over-proportionally large hysteresis losses compared to the changes in forcing variable could be approved.