Proceedings of the Scientific-Practical Conference "Research and Development - 2016"

talent management; sensor arrays; automatic speech recognition; dry separation technology; oil production; oil waste; laser technolog

Proceedings of the Scientific-Practical Conference "Research and Development - 2016"

talent management; sensor arrays; automatic speech recognition; dry separation technology; oil production; oil waste; laser technolog

Localized and programmable material transport and deposition by corona discharge

Der Transport von Materialien und Gütern bestimmt unseren Alltag. Materialtransport passiert in globalen Logistikunternehmen, in Fertigungslinien, in alltäglichen Situationen wie dem Einkaufen und selbst in unserem menschlichen Körper. Zu jedem Zeitpunkt werden Materialien von A nach B transportiert, ohne dass uns dies in vielen Situationen bewusst wird. Mit dem Unterschreiten von Größenordnungen im Mikro- und Nanometerbereich wird ein gezielter Materialtransport zu einer Herausforderung, da eine manuelle Manipulation nicht mehr möglich ist. Dennoch wäre es wünschenswert, wenn wir gezielt Material an einen gewünschten Ort transportieren und dort abscheiden könnten, denn diese Lokalisierung wird in vielen Anwendungsfeldern benötigt, um z.B. physikalische Eigenschaften auszunutzen oder chemische oder biologische Reaktionen auszulösen. Daher soll in dieser Arbeit eine Methode zum lokalisierten Materialtransport im Mikro- und Nanometerbereich vorgestellt werden. Diese Methode basiert auf elektrischen Kräften. Einfach ausgedrückt, laden wir ein beliebiges Material elektrisch auf und können es dann in einem elektrischen Feld manipulieren. Negativ geladenes Material wird von negativ geladenen Flächen abgestoßen und von positiv geladenen Flächen angezogen. So lässt sich ein gerichteter Materialtransport erzeugen. Das Material wird mithilfe einer negativen DC Corona-Entladung aufgeladen. Durch die Strukturierung von isolierenden Flächen auf leitfähigen Substraten lassen sich sogenannte elektrodynamische Trichter erzeugen, die das geladene Material zu den gewünschten Orten führen, es dort konzentrieren und abscheiden. Die Nutzung von elektrischen Kräften ermöglicht zudem eine Programmierbarkeit, da durch das Ändern der elektrischen Felder oder durch An- und Ausschalten von Elektroden die Position der Abscheidung, die Abscheideart oder die Abscheiderate geändert werden kann. Die Nutzung der Corona-Entladung ermöglicht eine hohe Freiheit bei der Materialwahl. Die Abscheidung von Metallen, Halbleitern, Isolatoren und biologischen Materialien in einem Größenbereich von Mikropartikeln bis hin zu einzelnen Molekülen wird gezeigt. Die Anwendungsgebiete der vorgestellten Methode sind vielfältig: Sie reichen von Luftüberwachung, Nanodrahtwachstum, Gassensorik bis hin zur Kristallzucht. Die experimentellen Ergebnisse werden mit elektrischen, optischen und materialspezifischen Analysen verifiziert. Darüber hinaus werden Simulationen durchgeführt, um die Art der Lokalisierung zu demonstrieren.The transport of materials and goods determines our daily lives. Material transport happens in global logistics companies, in production lines, in everyday situations like shopping and even in our human bodies. At any given moment, materials are being transported from A to B without being consciously perceived. As we move below micro- and nanometer-scale sizes, a directed material transport becomes a challenge because a manual manipulation is no longer possible. Nevertheless, it would be desirable to selectively transport materials to a defined location and deposit them there. This form of localization is needed in many application fields, such as the exploitation of physical properties or as a trigger for chemical or biological reactions. In this work, a method for a localized material transport and deposition at the micro- and nanometer range will be presented. This method is based on electric forces and can be summarized as follows: A given material is electrically charged and can therefore be manipulated in an electric field. Negatively charged material will be repelled by negatively charged surfaces, but attracted by positively charged surfaces. This enables a directed transport of the material towards a positively charged surface which can also be microscopic in size. The material to be deposited is charged using a negative DC corona discharge. The localized deposition is achieved by structuring insulating surfaces on conductive substrates which creates so-called electrodynamic funnels. They guide the charged material to the desired locations, concentrating and depositing it there. The use of electric forces also enables programmability. In the context of this work, programmability means the possibility to change the deposition position, the deposition type, or the deposition rate by changing the electric fields or turning electrodes on and off. The use of a corona discharge allows a high degree of freedom in the choice of materials. The deposition of metals, semiconductors, insulators and biological materials in a size range from microparticles to single molecules is demonstrated. The applications of the presented method are diverse, ranging from air monitoring, nanowire growth, gas sensing to crystal growth. The experimental results are verified with electrical and optical measurements and material composition analysis. In addition, simulations are performed to demonstrate the nature of localization

Factories of the Future

Engineering; Industrial engineering; Production engineerin

Factories of the Future

Engineering; Industrial engineering; Production engineerin

Advances in raw material industries for sustainable development goals

"""Advances in Raw Material Industries for Sustainable Development Goals"" presents the results of joint scientific research conducted in the context of the Russian-German Raw Materials Forum. Today Russia and Germany are exploring various forms of cooperation in the field of mining, geology, mineralogy, mechanical engineering and energy. Russia and Germany are equally interested in expanding cooperation and modernizing the economy in terms of sustainable development. The main theme of this article collection is connected with existing business ventures and ideas from both Russia and Germany. In this book the authors regard complex processes in mining industry from various points of view, including: - modern technologies in prospecting, exploration and development of mineral resources - progressive methods of natural and industrial mineral raw materials processing - energy technologies and digital technologies for sustainable development - cutting-edge technologies and innovations in the oil and gas industry. Working with young researchers, supporting their individual professional development and creating conditions for their mobility and scientific cooperation are essential parts of Russian-German Raw Materials Forum founded in Dresden 13 years ago. This collection represents both willingness of young researchers to be involved in large-scale international projects like Russian-German Raw Material Forum and the results of their long and thorough work in the promising areas of cooperation between Russia and Germany.