Studentische Arbeiten

Aufgabenstellung

Zur Erforschung von Grenzstandsensoren, bei denen die magnetischen Eigenschaften von den zu erfassenden para- oder diamagnetischen Medien ausgenutzt werden sollen, soll ein NV-basierter Quantenmagnetometer verwendet werden, dessen zentrales Sensorelement ein Diamant ist.

Hierzu ist es nötig, ein äußeres Magnetfeld aufzuprägen, das die geringen magnetischen Suszeptibilitätsänderungen beim Medienwechsel durch eine Behälterwandung hindurch auf der Außenseite soweit verstärkt, dass sie eine ausreichend hohe B-Feldänderung mit sich bringt.

Hierzu sind Konzepte zur Führung des Magnetfeldes unter Zuhilfenahme von Magnetfeldsimulationen zu entwickeln und diese durch reale Testaufbauten zu verifizieren.

Einzeltätigkeiten

1. Literaturrecherche und Einarbeitung in Magnetismus und Magnetfeldführungen
2. Konzeptionierung und Aufstellen einer Magnetfeldsimulation
3. Optimierung über Simulation und Auswahl der besten Konzepte
4. Realer Testaufbau zum Abgleich mit Simulationen
5. Schriftliche Ausarbeitung

Beginn: ab sofort möglich

Ihr Ansprechpartner am IFM:
Robert Molitor, M.Sc.
Allmandring 9 b, 70569 Stuttgart
Tel.: (0711)685-84799
E-mail: robert.molitor(at)ifm.uni-stuttgart.de

Aufgabenstellung

Die Hydrophobizität beschreibt die Ausprägung der Wasserabweisung von Oberflächen. Die Hydrophobizität einer (strukturierten) Oberfläche kann experimentell bestimmt werden, wobei jedoch der Aufwand von Substratherstellung, Messung der Hydrophobizität und Auswertung der Messung zu erbringen ist. Ein alternativer Ansatz ist die Vorabverwendung von Computational Fluid Dynamics-Simulation (CFD).
Im Rahmen dieser Arbeit soll, nach Einarbeitung in die Thematik mittels Literaturrecherche, ein CFD-Simulationsmodell zur Analyse der Benetzbarkeit von Oberflächen erstellt werden. Die Eignung des Simulationsmodells ist experimentell durch einfache Kontaktwinkelmessungen am Institut zu validieren. Weiterhin ist ein Versuchsplan zu erstellen, der unterschiedliche Strukturen umfasst. Die Strukturen sollen anschließend mit dem erstellten Simulationsmodell auf ihre Hydrophobizität analysiert werden. Die Ergebnisse sind abschließend zu diskutieren.

Einzeltätigkeiten

• Literaturrecherche
  • zum Stand der Technik von strukturierten Stahloberflächen mit superhydrophoben Eigenschaften
    o zur Ermittlung des Stands der Technik der Auslegung von superhydrophoben Oberflächen mittels CFD-Simulation
  • Aufbau eines CFD-Simulationsmodell zur Berechnung der Benetzung von Oberflächen
• Validierung des Simulationsmodells mittels Kontaktwinkelmessungen am Beispiel von poliertem Formarbeitsstahl
• Design of Experiments (DoE) von unterschiedlichen Mikrostrukturgeometrien –und dimensionen
• Simulation der definierten Mikrostrukturen zur Vorhersage der jeweiligen Hydrophobizität
• Auswertung und Diskussion der Ergebnisse
• Optional (bei ausreichend verbleibender Zeit): Externe Herstellung einer strukturierten Oberfläche zur Validierung der Simulationsergebnisse
• Dokumentation der Ergebnisse in einer schriftlichen Ausarbeitung nach den IFM-Richtlinien

Beginn: ab sofort möglich

Ihr Ansprechpartner am IFM:
Holger Rühl, M.Sc.
Allmandring 9 b, 70569 Stuttgart
Tel.: (0711)685-61894
E-mail: holger.ruehl(at)ifm.uni-stuttgart.de
Co-Betreuung: Romit Kulkarni, M.Sc.

Literaturempfehlung:

• Wang et al. A designable surface via the micro-molding process Microsystems & Nanoengineering 2018 (4)
• Yang et al. Droplet Impact Simulation of Hydrophobic Patterned Surfaces by Computed Fluid Dynamics Academic Journal of Engineering and Technology Science 2018

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