(4 Punkt/Point) Erkla ̈ren Sie ein Flüssigkristalldisplay. Erga ̈nzen Sie Ihre Antwort mit einer Skizze.
Ich habe eine hintergrundbeleutchung, dann einen polarisationsfilter, Eine glassplatte und eine elektrode, eine schicht mit liquid crystals, elektrode mit glasplatte und einen zweiten polarisationsfilter der genau orthogonal zum ersten polarisationsfilter steht.
Durch anlegen einer spannung an der elektrode können die liquid crystals so ausgerichtet werden dass die entweder das licht so umlenken dass es durch den zweiten polarisationsfilter passt oder nicht .
2 Punkte/Points) Was sind elektro-rheologische Flu ̈ssigkeiten? Erkla ̈ren Sie anhand einer Skizze ihr Verhalten im Schermodus sowie im Fließmodus unter einem externen elektrischen Feld.
Das Fließverhalten lässt sich durch elektrisches feld steuern, viskosität kann bis zur erstarrung gesteuert werden
(2 Punkte/Points) Was sind magnetorheologische Flu ̈ssigkeiten? Wofu ̈r werden sie eingesetzt?
Magnetische partikel werden der flüssigkeit beigemischt
Beim anlegen eines magnetischen feldes verfestigt sich die flüssigkeit und verhält sich wie eine elastischer festkörper
Unter scherweansrpuchung wieder flüssig
Anwendungn: magnetorheologisches polieren von linsen
Variable dämpfung durch Viskositätsanpassung
2 Punkte/Points) Nennen Sie vier Schlu ̈sseleigenschaften von Keramik als Substratmaterial.
Hitzebeständig
Chemische resistenz
Geringe wärmeausdehnung
Geringe dichte
(2 Punkte/Points) Erkla ̈ren Sie den Form-Geda ̈chtnis-Effekt (einweg und zweiweg.)
Material erinnert sich an ursprünglichen zustand , durch erhitzen kann man es wieder in diesen versetzen nach verformung
Einweg : ich erhitze und bringe es zurück in ursprungsform
Zweiweg: ich habe 2 fomen einmal abgekühlt und einmal erhitzt
Welche Auswirkungen hat die Oberflächenverkleinerung auf die Materialeigenschaften bei der Miniaturisierung?
Antwort:
• Reibung wird wichtiger als Trägheit (Masse).
• Materialeigenschaften werden größenabhängig (z.B. elektrische Leitfähigkeit, Elastizitätsmodul).
• Thermische Transporteigenschaften werden beeinflusst (mehr Wärmeabgabe, weniger Wärmespeicherung).
• Massentransport wird erschwert (kleinere Kanäle verstopfen leichter, laminare Strömung wird behindert).
Welche strukturellen Formen können feste Polymere annehmen?
• Amorph: Ungeordnete Struktur, zufällige Anordnung der Polymerketten.
• Lamellar: Schichtartige Anordnung der Polymerketten.
• Nadelartig: Geordnete, faserartige Struktur der Polymerketten.
Welche Arten von Photoresisten gibt es und wie funktionieren sie?
• Positive Resist: Enthält Harz und Inhibitor; Licht neutralisiert den Inhibitor, sodass der belichtete Bereich entfernt wird.
• Negative Resist: Polymerketten werden durch Licht vernetzt; belichtete Bereiche bleiben erhalten.
• Typische Wellenlängenbereich: 193 nm bis 400 nm.
• Anwendung in der Elektronenstrahl- und Röntgenlithografie (positiver Resist).
Welche Eigenschaften und Anwendungen haben Flüssigkristallpolymere (LCP)?
• Hohe Betriebstemperaturen (>250°C), gute Flammwidrigkeit.
• Geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient.
• Exzellente Barriereeigenschaften (Schutz vor Feuchtigkeit, Sauerstoff).
• Glatte Oberflächen, hohe Zugfestigkeit, hoher E-Modul.
• Gute Hochfrequenzeigenschaften und chemische Beständigkeit.
Was sind Gels und welche Eigenschaften besitzen sie?
• Netzwerke von langen Polymerketten, die Flüssigkeiten aufnehmen oder freisetzen.
• Substanziell verdünnte, vernetzte Systeme, die im stationären Zustand nicht fließen.
• Enthalten meist flüssige Komponenten, verhalten sich jedoch wie Feststoffe aufgrund des 3D-Netzwerks.
• Extreme Volumenänderungen:
• Hydrophile oder hydrophobe Teile entfalten sich oder ziehen sich zusammen.
• Elektrisch geladene Gruppen führen zu Abstoßung und Schrumpfung in einem Elektrolyten.
• Beispiele: Polystyrole, Polyvinylalkohole, Polyacrylate.
• Anwendungen: Mikroaktoren (z.B. Mikroventile, Mikropumpen), Sensoren (z.B. pH, Glukose, verschiedene Biosensoren).
Was sind die Hauptmerkmale piezoelektrischer Aktuatoren?
• Typische Materialien: Lead-titanate-zirconate (PZT)
• Vergrößerung der Verformung durch Stapeln mehrerer Piezo-Elemente
• Formel zur Längenänderung: \Delta L = L_0 \cdot d \cdot E
• Maximales elektrisches Feld: 1-2 kV/mm
• Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich
• Hohe Beschleunigungsraten (bis zu 10.000 g)
• Betrieb bis zu kryogenen Temperaturen
• Keine beweglichen Teile: kein Verschleiß, keine Abrasion
• Extrem langlebig: Milliarden Zyklen ohne messbare Veränderung
• Kompatibel mit Reinraum- und Vakuumumgebung
• Extrem geringer Stromverbrauch
• Sehr hohe Positionierauflösung
Welche Eigenschaften und Anwendungen haben Keramiken in technischen Anwendungen?
• Eigenschaften von Keramiken als Substrate:
• Hitzebeständig
• Einstellbare Wärmeleitfähigkeit
• Hart; hoher Young-Modul
• Niedrige Dichte (im Vergleich zu Metallen)
• Geringe thermische Ausdehnung
• Elektrisch isolierend
• Chemisch resistent
• Geringe Verlusttangente
• Keramiken für Gassensoren:
• Verwendung von Metalloxidsensoren
• Änderung des elektrischen Widerstands durch Umgebungsatmosphäre (ΔR)
• Adsorbierte Atome/Moleküle erhöhen die Anzahl der Ladungsträger und senken den Widerstand
• Hoher Sauerstoffgehalt erhöht den Widerstand des Sensor-Materials
• Beispiele: SnO₂, BaTiO₃, dotiertes ZrO₂ (für Lambda-Sonden in Autos)
• Pt-Elektrode für Innen-/Außeneinsatz
• Nichtlineare Abhängigkeit der Spannung vom O₂-Partialdruck
• Sprungverhältnis von Luft zu Abgas: ≈14
• Keramiken für Aktoren (Piezoelektrischer Effekt):
• Nichtsymmetrische Kristallstruktur → Polarisation durch unsymmetrische Ladungsverteilung
• Piezoelektrischer Effekt beschrieben durch:
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