Das Projekt "Teilprojekt G" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Radioökologie und Strahlenschutz durchgeführt. Als Matrizen für Endlagerung radioaktiver Abfälle kommen zur Zeit hauptsächlich Borosilikatgläser zum Einsatz. Seit Jahrzehnten werden allerdings Alternativen diskutiert, zum Beispiel keramische Materialien, die aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften als erfolgversprechend gelten. Im Rahmen des vorliegenden Projekts werden sowohl Keramiken (hauptsächlich für kationische Radionuklide) als auch Alternativen für Anionenrückhaltung genauer untersucht werden. Das IRS wird in Zusammenarbeit mit dem IEK6 Apatit und Hydrotalcit auf ihre Eignung zum Einbau von Iod, Cs und Tc aus separierten Abfallströmen untersuchen. Mit I, Tc oder Cs dotierten Apatite und Hydrotalcite werden mittels XRD strukturell charakterisiert. Die Einbauplätze von Iod, Technetium oder Caesium Ionen werden mittels EXAFS an der INE Beamline ANKA (KIT) charakterisiert. Homogenität sowohl von Wirtsphase als auch Einbau der Anionen werden mit REM und TEM untersucht. Weiterhin soll mittels nano-TOF SIMS die Struktur der Elementverteilung überprüft werden. Die Auswirkungen von Strahlenschäden auf die Struktur der eingebauten Radionuklide soll untersucht werden. Insbesondere die Ausbildung von Defekten bzw. Rehomogenisierung und deren Einfluss auf die Radionuklidfreisetzung steht im Zentrum des Interesses. Speziation in Lösung gehender Stoffe aufgrund von Auslaugung erfolgt mittels ESI-MS, CE-ICP MS und EXAFS. Besondere Berücksichtigung finden soll die zu erwartende Mobilität.
Das Projekt "Absorber- und Solarzellenherstellung und Untersuchung von Diffusionsvorgängen an der Absorber/Puffer Grenzfläche mittels SIMS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Das Thema des beantragten Projektes sind die Aufklärung der Ursachen von chemischen Gradienten innerhalb von Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnschichtsolarzellen (kurz: CIS) und die sich daraus ergebenden Konsequenzen. Ziel des Vorhabens ist es produktionsrelevante Fragen bzgl. grundlegenden physikalischen und chemischen Vorgängen im Materialsystem Cu(In,Ga)(S,Se)2 zu verstehen. Es sollen Vorgänge aufgeklärt werden, die einerseits das Schichtwachstum betreffen, wie z.B. der Einfluss von Eigen- und Fremddiffusion im Absorber selbst, sowie die Ausbildung von Inhomogenitäten und deren Auswirkungen auf die relevanten Größen der Solarzelle. Andererseits werden Vorgänge am Heterokontakt Absorber/Puffer untersucht und deren Bezug zur Zellcharakteristik hergestellt. Das Projekt ist in 3 Arbeitspakete (AP) gegliedert, die sich mit dem Schichtwachstum (AP1), der Bildung von Inhomogenitäten (AP2) und der Grenzfläche zwischen Absorber- und Puffermaterial (AP3) beschäftigen. Die CIS-Schichten werden mittels statischer sowie auch dynamischer, mehrstufiger Prozesse mittels Ko-Verdampfung abgeschieden. Als Charakterisierungsmethoden kommen IU-Kennlinien, QE-Messungen, XPS-, SIMS-, sowie SNMS-Analysen und Mikro-Ramanspektroskopie zum Einsatz. Aufbauend auf der durch das Projekt erweiterten Wissensbasis bzgl. grundlegender Phänomene im Dünnschichtmaterial selber, sowie an der Grenzfläche, werden industrierelevante Handlungsstrategien für die Verbesserung der CIS-Solarzellen erarbeitet. Die Ergebnisse werden von den sehr eng mit der Industrie kooperierenden Projektpartnern direkt den jeweiligen Firmen zugänglich gemacht, oder im Rahmen von Industrieworkshops Vertretern aus der Dünnschichtsolarzellenbranche vorgestellt. Zusätzlich werden die neu gewonnenen Erkenntnisse auf nationalen und internationalen Fachtagungen einem großen Publikum zugänglich gemacht.
Das Projekt "Untersuchungen zur Veraenderung der Oberflaechenzusammensetzung, Funktion und Allergenitaet von Pollen durch Luftschadstoffe und UV-Licht: Oberflaechenanalytische Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Technik und Umwelt, Institut für Radiochemie durchgeführt. Pollen vieler Pflanzen koennen beim Menschen allergische Reaktionen verursachen. In den letzten Jahrzehnten wurde in industrialisierten Gebieten eine Zunahme von Pollinosis beobachtet. In den gleichen Regionen stiegen die Konzentrationen an Luftschadstoffen wie NO2, O3 oder Staubpartikel aus anthropogenen Quellen stark an. Da Pollen waehrend ihres Transports durch die Atmosphaere mit diesen Luftschadstoffen in Kontakt treten, wird ein Zusammenhang vermutet. Diese Erkenntnisse waren Anlass zu der hier durchgefuehrten Untersuchung, in der mit Sekundaerionenmassenspektrometrie (SIMS) die Veraenderung des Oberflaechenbereichs von Betula- und Artemisia-Pollen nach Exposition mit NO2-haltiger trockener und feuchter Luft untersucht wurde. Nach der Behandlung der Pollen konnte der Einbau von Stickstoff in die organische Matrix der Pollenoberflaeche nachgewiesen werden. Spezifische Molekuelionen deuteten auf die Implementierung als Nitro-Gruppen. Bei trockener Exposition reagierten die untersuchten Pollen allerdings erst bei sehr hohen NO2-Dosen (mehr als 400 ppm/d). Dagegen war die Reaktion bei Anwesenheit von 70 Prozent Feuchte bereits bei 4 ppm/d deutlich zu erkennen. Es zeigte sich, dass die Umwandlung zumindest bei trockener Exposition auf die aeussersten Oberflaechenschichten (weniger als 50 nm) beschraenkt blieb. Erste Einzelpollenanalysen ergaben bei Betula-Pollen lokale Unterschiede in der Reaktionsbereitschaft der Pollenoberflaeche. Um den Bereich der Austrittsporen des Pollenschlauchs wurde bei trockener Beaufschlagung von NO2 ein viel geringerer Einbau von Stickstoff gefunden als fuer die uebrige Pollenoberflaeche. Dieser 1 Mikrometer breite ringfoermige Bereich um die Poren zeichnete sich auch durch einen hoeheren Gehalt an organisch gebundenem Wasserstoff aus als die uebrige Pollenoberflaeche und enthaelt moeglicherweise Ausschuettungen des Polleninneren.
Das Projekt "Biogeochemical interface formation in soils as controlled by different components" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde durchgeführt. We consider clay minerals, iron oxides and charcoal as major components controlling the formation of interfaces relevant for sorption of organic chemicals, as they control the assemblage of organic matter and mineral particles. We studied the formation of interfaces in batch incubation experiments with inoculated artificial soils consisting of model compounds (clay minerals, iron oxide, char) and natural soil samples. Results show a relevant contribution of both iron oxides and clay minerals to the formation of organic matter as sorptive interfaces for hydrophobic compounds. Thus, we intend to focus our work in the second phase on the characterization of the interface as formed by organic matter associated with clay minerals and iron oxides. The interfaces will be characterized by the BET-N2 and ethylene glycol monoethyl ether (EGME) methods and 129Xe and 13C NMR spectroscopy for determination of specific surface area, sorptive domains in the organic matter and microporosity. A major step forward is expected by the analysis of the composition of the interface at different resolution by reflected-light microscopy (mm scale), SEM (scanning electron microscopy, micrometer scale) and secondary ion mass spectrometry at the nanometer scale (nanoSIMS). The outcomes obtained in combination with findings from cooperation partners will help to unravel the contribution of different types of soil components on the formation and characteristics of the biogeochemical interfaces and their effect on organic chemical sorption.
Das Projekt "Untersuchung von Diffusionsprozessen in CIS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe Biologie, Institut für Biologie III durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens RWTH innerhalb von GRACIS ist es Diffusionsvorgänge in CIS Schichten zu untersuchen. Als experimentelle Methoden sollen die hochauflösende Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) und die Radioisotopenmethode (Verwendung radioaktiver Isotope) zum Einsatz kommen. Beide Methoden ergänzen sich in idealer Weise. Weltweit gibt es nur wenige Labore, in denen beide Methoden simultan zur Verfügung stehen. Modellexperimente und Simulation der Eigendiffusion: Ermittlung der Eigendiffusion in Cu(In,Ga)Se2 sowie binärer und ternärer Vorläuferschichten mit der Methode der Radiotracer-Diffusion. SIMS-Analyse chemischer Gradienten: Ziel hierbei ist es, chemische Gradienten mit Hilfe der Time-of-Flight Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) mit hoher Empfindlichkeit zu untersuchen sowohl im Volumen der Schichten als auch an Grenzflächen. Im Falle positiver wissenschaftlicher Ergebnisse kann von sehr günstigen wirtschaftlichen Erfolgsaussichten ausgegangen werden. Durch erweiterte Kenntnisse der Diffusionsvorgänge während des CIS-Wachstumsprozesses, und daraus resultierende schnellere Prozesse sowohl für die Ko-Verdampfung als auch für die Chalkogenisierung, würden deutliche Kosteneinsparungen durch den erhöhten Durchsatz in einer industriellen Fertigung erzielt werden. Die grundlegenden Erkenntnisse über Diffusionsvorgänge von Eigen- bzw. Fremdelementen können indirekt auch zur Steigerung des Wirkungsgradniveaus von CIS-Solarzellen verwendet werden und somit einen Beitrag zu höherer Produktionskapazität liefern.
Das Projekt "NanoBioDetect - Nanopartikel im Gewebe: Detektion, Quantifizierung und Darstellung biologischer Effektmarker" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TASCON Gesellschaft für Oberflächen- und Materialcharakterisierung mbH durchgeführt. Inhalierte Nanopartikel, die in den Alveolarbereich der Lunge vordringen können, werden dort ganz überwiegend von Alveolarmakrophagen aufgenommen und aus dem Organ heraustransportiert. Ein sehr kleiner Anteil der Nanopartikel kann jedoch auch in andere Zellen der Lunge gelangen oder erreicht periphere Organe und Gewebe, in denen weitere Effekte ausgelöst werden könnten. Um diese Prozesse genauer zu untersuchen, wollen die Partner des Projekts NanoBioDetect Nanopartikel mit State-of-the-Art Methoden in der Lunge und anderen Zielorganen detektieren. Ziel ist es, den Einfluss von Nanopartikeln auf Körperfunktionen noch besser zu verstehen, indem Zelltypen, die Nanopartikel enthalten, zunächst identifiziert und charakterisiert werden. Die pro Zelle enthaltene Partikelmasse soll nach Möglichkeit quantifiziert werden. Weitere Arbeiten werden sich der Detektion veränderter Biomoleküle widmen, zu denen u.a. Protein- oder DNA-Modifikationen gehören. Neben Nanopartikel-haltigen Zellen werden auch Geweberegionen untersucht, in denen Nanopartikel angereichert sind. Obschon Effekte von zumeist hohen Nanopartikelkonzentrationen seit langem für Zellen in vitro beschrieben sind, ist die Übertragbarkeit dieser Resultate auf den komplexen Organismus noch immer unklar. Das Wissen um die in vivo Dosis von Nanopartikeln im Tierexperiment, das im Verlauf des Projekts zusammengetragen wird, soll diese Fragen neu beleuchten. In diesem Sinne sollen die Ergebnisse helfen, die Aussagekraft vorhandener in vitro Tests zu verbessern. Gegebenenfalls werden im Projekt auch neue in vitro Tests bereitgestellt, die hinsichtlich Zelltyp und Dosis besser auf die in vivo Situation abgestimmt sind. Die interdisziplinäre Arbeit an Zellen und Geweben zusammen mit der physikalisch-chemischen Expertise soll es den Projektpartnern erlauben, dieses 'Dosis-Effekt-Problem' für eine repräsentative Auswahl von Nanopartikeln zu lösen. Mit Hilfe der intensivierten Dunkelfeld-, der Raman-, sowie der Hyperspektral-Mikroskopie sollen partikelhaltige Gewebebereiche zunächst identifiziert werden. Wichtige Ergebnisse werden dabei elektronenmikroskopisch kontrolliert. Eine spezielle Übertragungsmethode soll erarbeitet und etabliert werden, um lichtmikroskopisch aufgefundene Gewebebereiche den bildgebenden Analysemethoden zuzuführen: Mit Hilfe der Ionenstrahl-Mikroskopie (engl. ion beam microscopy, IBM) sollen dabei Elementgehalte hochaufgelöst und quantitativ mittels Protonen-Beschuss bestimmt werden. Die 'time-of-flight'-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) kann bereits jetzt Nanopartikel zusammen mit organischen Molekülen nachweisen, doch ist ein weiterer instrumenteller Ausbau der Methode vorgesehen, um ihre Effizienz und Auflösung weiter zu steigern. Die 'laser-ablation-inductively-coupled-mass spectrometry' (LA-ICP-MS) wird ebenfalls weiter optimiert und als quantitatives Nachweisinstrument zusammen mit weiteren Techniken (myXRF) eingesetzt. (Test gekürzt)
Das Projekt "ReLiOn - Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Li-Ionen Akkumulatoren - Degradationsmechanismen, beschleunigte Erprobung, treffsichere Lebensdauerprognosen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl Zeiss Microscopy GmbH durchgeführt. Im Gesamtprojekt werden Fragestellungen zur Lebensdauer, Zuverlässigkeit und zu Degradationsmechanismen von Li-Akkumulatoren behandelt. Das Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung der Zusammenhänge zwischen Designparametern der Akkumulatoren und der Zuverlässigkeit bzw. Lebensdauer als Zielgröße. Die Themenstellung wird in vier Teilprojekten erarbeitet, wobei im Teilprojekt 'Mikrostrukturanalyse der Schädigung' ein innovatives Sekundärionenmassenspektrometer (SIMS) integriert in ein Cross Beam System zum großflächigen, hochempfindlichen Nachweis von Li-Ionen aufgebaut wird. Der technische Demonstrator soll anschließend für die Bearbeitung des Zusammenhangs zwischen mikroskopischen Phänomenen und Alterungseffekten eingesetzt werden. Durch Einsatz einer neuartigen Transferoptik sowie eines neuen Paulfallenprinzips wird eine Empfindlichkeitssteigerung um mehr als eine Größenordnung gegenüber dem Stand der Technik angestrebt. Das AP2. 4 im Teilprojekt 'Mikrostrukturanalyse der Schädigung' ist in 8 Unterpunkte geteilt. Die Aufgaben beinhalten neben Simulation und Auslegung der SIMS Komponente den Aufbau und die Erprobung der Ionenoptik, der Transfereinheit sowie der Paulfalle zur Massenanalyse. Die Integration des Gesamtsystems, dessen Ansteuerung und die Auswertung der Analysatorsignale sind ein weiterer zentraler Punkt der Arbeiten. Im weiteren Projektverlauf werden dann Strukturuntersuchungen an Batterien durchgeführt und nötige Verbesserungen des Demonstratorsystems implementiert
Das Projekt "F+E-Arbeiten zur kontinuierlichen Kopplung eines Hochleistungsfluessigkeitschromatographen mit einem Sekundaerionenmassenspektrometer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leybold Vakuum durchgeführt. Fortsetzung der Entwicklung einer Vorrichtung zur kontiunierlichen Kopplung eines Hochleistungsfluessigkeitschromatographen (HPCL) mit einem Sekundaerionenmassenspektrometer (SIMS), Foerderungskennzeichen: 13 n 5048. Phase II: Erprobung und Optimierung eines Versuchsmusters besteht aus Koppler-SIMS-Anordnung, Erprobung und Verbesserung des Kopplers und der Anordnung Koppler-SIMS bezueglich Nachweisempfindlichkeit, Untergrund und Memoryeffekt, Analysengeschwindigkeit, Langzeitstabilitaet und Lebensdauer, Bedienungskomfort. Bau und Test eines Funktionsmusters, Computereinsatz zur Spektrenerfassung und Auswertung.
Das Projekt "Defektchemie und Diffusion/Nanoskalige Spinell-basierte Kompositmaterialien und ortsaufgelöste Transportmessungen im REM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe Chemie, Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Verbundvorhaben DESIREE: Vernetzung der führenden Materialforschungsinstitutionen in Deutschland zum systematischen Maßschneidern von Aktivmaterialien mit schnellem Ionentransport für Hochleistungs-Batterien. IAC-Teilprojekt: Synthese neuer binärer und ternärer Oxidpartikel mit Spinellstruktur im Nanometerbereich; Entwicklung eines Messaufbaus zur 'in situ -Untersuchung des Li-Ein-/Ausbaus an Nanopartikeln, Bestimmung der Diffusion, des Beladungsgrades und Korngrenzeigenschaften in Aktivmaterialschichten sowie an Einzelpartikeln. IPC-Teilprojektes: Theor. und exp. Arbeiten zu einem besseren Verständnis der Defektchemie und Diffusion von Hochenergie- und Hochleistungsmaterialien zur elektrochemischen Energiespeicherung. IAC: Polyol-Synthese, Optimierung und Dotierung des Basismaterials, strukturelle und physikochemische Charakterisierung mit den in der Vorhabensbeschreibung aufgeführten Methoden, Etablierung des Probentransfers,,in situ'-Untersuchung im REM an Schichten und Einzelpartikeln; IPC: Kationenordnung und Ionenleitfähigkeit (theoretische Untersuchungen mittels Density Functional Theory und Monte Carlo Simulationen). Exp. Bestimmung der Nahordnung im Kationengitter sowie der Oxidationsstufen der Kationen mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie. Änderung des Sauerstoffgehaltes bei Änderung des Sauerstoffpartialdruckes mittels Thermogravimetrie. Exp. Ermittlung von Diffusionskoeffizienten mittels Sekundärionenmassenspektrometrie sowie mit Radiotracern.
Das Projekt "Heterogene Katalyse in der Feinchemikalien-Produktion und Abgasemissions-Entsorgung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Laboratorium für Technische Chemie durchgeführt. Hauptschadstoffe in Emissionen von Autos und Industrieanlagen sind Kohlenmonoxid, Stickoxid und Kohlenwasserstoffe. Im Automobilbereich kommen Abgaskonverter zum Einsatz, die diese Stoffe durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen an multifunktionellen Katalysatoren auf Basis Palladium, Platin und Rhodium zu umweltvertraeglichen Gasen umsetzen. Ziel ist es, ueber eine genaue Kenntnis der mikroskopischen Vorgaenge am Katalysator zur Entwicklung neuer Katalysatorsysteme beizutragen. Eine Schluesselstellung kommt dabei der Ermittlung struktureller und kinetischer Parameter zu. Im Rahmen unseres Projektes werden hierfuer empfindliche oberflaechenphysikalische Messmethoden (Photoelektronenspektroskopie, Sekundaerionenmassenspektrometrie) unter Modellbedingungen eingesetzt.
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