Physik des Versagens (PoF)

Bei der Top-down-Synthese werden Nanomaterialien hergestellt, indem man von einem größeren Material ausgeht und es auf die Nanoskala zerlegt oder strukturiert. Zu den wichtigsten Techniken gehören mechanische Methoden wie Kugelmühlen und lithografische Verfahren wie Fotolithografie, Elektronenstrahllithografie und Nanoimprint-Lithografie. Diese Methoden werden häufig zur Herstellung strukturierter Oberflächen und integrierter Schaltkreise eingesetzt, können aber Oberflächenfehler aufweisen.

Flywheel energy storage (FES) works by accelerating a rotor (flywheel) to a very high speed and maintaining the energy in the system as rotational kinetic energy. The energy stored is proportional to the square of the rotational speed. When energy is extracted, the flywheel's rotation slows down. The formula for stored energy is [latex]E = \frac{1}{2} I \omega^2[/latex], where I is the moment of inertia and ω is the angular velocity.

Die Molekularelektronik erforscht die Nutzung einzelner Moleküle oder nanoskaliger Molekülansammlungen als grundlegende elektronische Komponenten. Ziel dieses Ansatzes ist der Bau von Schaltkreisen an der äußersten Grenze der Miniaturisierung, weit über die traditionelle Siliziumtechnologie hinaus. Zu den Schlüsselkomponenten gehören molekulare Drähte, Schalter und Gleichrichter, deren Funktion quantenmechanische Eigenschaften wie das Tunneln von Elektronen durch Molekülorbitale nutzt.

The Quantum Size Effect describes the phenomenon where the electronic and optical properties of a material change as its size approaches the nanoscale. When the dimensions of a material become comparable to the electron's de Broglie wavelength, quantum confinement occurs. This quantizes the electron energy levels, leading to a size-dependent band gap, [latex]E_g(R) \approx E_{g,\b\u\lk} + \frac{\hbar^2\pi^2}{2R^2}(\frac{1}{m_e^*} + \frac{1}{m_h^*})[/latex].

The equilibrium vapor pressure of water over a liquid surface in moist air ([latex]p^*_{H_2O,a}[/latex]) is slightly greater than the equilibrium vapor pressure over a pure water surface ([latex]p^*_{H_2O}[/latex]). This difference is quantified by the water vapor enhancement factor, [latex]f_w[/latex], which depends on temperature and the pressure of the moist air. The relationship is [latex]p^*_{H_2O,a} = f_w(T, p_{ms}) \cdot p^*_{H_2O}[/latex].

Seltenerdmagnete sind starke Permanentmagnete aus Legierungen seltener Erden. Sie wurden in den 1970er und 1980er Jahren entwickelt; die gängigsten Typen sind Neodym-Magnete (NdFeB) und Samarium-Kobalt-Magnete (SmCo). Sie sind die stärksten Permanentmagnete überhaupt und erzeugen deutlich stärkere Magnetfelder als Ferrit- oder Alnico-Magnete. Dadurch ermöglichen sie Miniaturisierung und Leistungssteigerung in vielen Technologien. Hinweis: Der Begriff „Seltenerdelement“ ist historisch irreführend. Diese Elemente kommen in der Erdkruste nicht außergewöhnlich selten vor. Cer, das am häufigsten vorkommende Element, ist ähnlich wie Kupfer das 25.-häufigste Element. Selbst das am wenigsten vorkommende stabile Seltene Erdelement, Lutetium, kommt fast 200-mal häufiger vor als Gold. Die Bezeichnung „selten“ entstand, weil die Elemente schwer zu trennen waren.

UNISURF wurde in den 1960er Jahren vom französischen Ingenieur Pierre Bézier für Renault entwickelt und war eines der ersten echten 3D-CAD/CAM-Systeme. Seine wichtigste Innovation war die Verwendung der heute als Bézier-Kurven und -Flächen bekannten Systeme. Dabei handelt es sich um parametrische Kurven, die durch eine Reihe von Kontrollpunkten definiert werden und die intuitive und mathematische Erstellung komplexer Freiformformen für Karosserien ermöglichen.

Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) systems store energy in the magnetic field created by the flow of direct current in a superconducting coil. The energy can be stored indefinitely as long as the coil is kept at superconducting temperatures, as there is virtually no energy loss due to electrical resistance. The stored energy is given by [latex]E = \frac{1}{2} L I^2[/latex].

The Ganz-Griesser whiteness index is a linear formula widely used, particularly in the textile industry. It is derived from CIE tristimulus values and is defined as [latex]W_{GG} = Y - Px - Qy + C[/latex], where P, Q, and C are constants specific to the illuminant and observer. For the D65/10° condition, the formula is [latex]W_{GG} = Y - 1868.322x - 3695.690y + 1809.441[/latex].

Lithium-ion batteries function via an intercalation mechanism, a reversible insertion of ions into a layered host material. During discharge, lithium ions ([latex]Li^+[/latex]) de-intercalate from a negative electrode (anode), typically graphite, and move through a non-aqueous electrolyte to intercalate into a positive electrode (cathode), typically a metal oxide. Electrons travel through the external circuit, creating current.

Die Entladetiefe (DoD) gibt an, wie viel Prozent der Kapazität einer Batterie entladen wurden. Sie ist der Kehrwert des Ladezustands (SoC), wobei 100 % DoD bedeuten, dass die Batterie leer ist. Die Zyklenlebensdauer einer Batterie hängt stark von ihrer durchschnittlichen DoD ab; niedrigere DoD-Zyklen (z. B. Entladung auf nur 80 % der Kapazität) erhöhen die Anzahl der Zyklen, die eine Batterie aushalten kann, deutlich.

MEMS scaling laws describe how physical forces and properties change as device dimensions shrink to the microscale. Unlike the macroscopic world dominated by gravity and inertia, micro-domains are governed by surface forces like surface tension, viscosity, and electrostatic forces. For example, force due to gravity scales with volume ([latex]L^3[/latex]), while electrostatic force scales with area ([latex]L^2[/latex]), becoming relatively stronger at smaller sizes.

Neodym-Magnete sind die stärksten kommerziell erhältlichen Permanentmagnete. Sie bestehen aus einer ternären Legierung aus Neodym, Eisen und Bor mit der stöchiometrischen Formel Nd2Fe14B. Ihre enorme magnetische Stärke resultiert aus der hohen magnetischen Anisotropie und Sättigungsmagnetisierung des Materials, die sich aus seiner tetragonalen Kristallstruktur ergibt. Sie sind jedoch spröde, korrosionsanfällig und haben eine niedrige Curie-Temperatur.