Conformational and state-specific effects in reactions of 2,3-dibromobutadiene with Coulomb-crystallized calcium ions

Recent advances in experimental methodology enabled studies of the quantum-state- and conformational dependence of chemical reactions under precisely controlled conditions in the gas phase. Here, we generated samples of selected gauche and s-trans 2,3-dibromobutadiene (DBB) by electrostatic deflection in a molecular beam and studied their reaction with Coulomb crystals of laser-cooled Ca + ions in an ion trap. The rate coefficients for the total reaction were found to strongly depend on both the conformation of DBB and the electronic state of Ca + . In the (4p) 2 P 1/2 and (3d) 2 D 3/2 excited states of Ca + , the reaction is capture-limited and faster for the gauche conformer due to long-range ion-dipole interactions. In the (4s) 2 S 1/2 ground state of Ca + , the reaction rate for s-trans DBB still conforms with the capture limit, while that for gauche DBB is strongly suppressed. The experimental observations were analysed with the help of adiabatic capture theory, ab initio calculations and reactive molecular dynamics simulations on a machine-learned full-dimensional potential energy surface of the system. The theory yields near-quantitative agreement for s-trans -DBB, but overestimates the reactivity of the gauche -conformer compared to the experiment. The present study points to the important role of molecular geometry even in strongly reactive exothermic systems and illustrates striking differences in the reactivity of individual conformers in gas-phase ion-molecule reactions

Prozesskette zur variantenflexiblen Herstellung hybrider Leichtbaustrukturen durch Einsatz umformender, additiver und subtraktiver Fertigungsverfahren (HyLight3D)

Die steigende Nachfrage nach individuell gefertigten Produkten führt zu einer wachsenden Varianten-vielfalt und damit einhergehend zu einer Verringerung der zu fertigenden Losgrößen. Insbesondere die Produktion von Multi-Material-Bauteilen stellt die Industrie vor Herausforderungen, aufgrund der belast-baren Verbindung zwischen artfremden Materialien sowie die zugleich kostengünstige und varianten-flexible Fertigung von kleinen Losgrößen. Das Ziel des Verbundprojektes ist daher die Umsetzung und exemplarische Validierung einer industriell skalierbaren, robotergestützten Prozesskette zur Herstel-lung von Metall-Kunststoff-Bauteilen. Für die Erreichung des Ziels wurden innerhalb des Projektes ver-schiedene Roboterendeffektoren und entsprechende Bahnplanungsansätze entwickelt. Darüber hin-aus standen die Prozessentwicklung der roboterbasierten Fertigung und die experimentelle Erprobung der entwickelten Prozesse im Vordergrund. Auf Basis der Endeffektoren für die metallseitige Oberflächenstrukturierung und dem endkonturnahen Kunststoff-3D-Druck konnte gezeigt werden, dass die in Aluminium eingebrachten Oberflächenstruktu-ren eine zuverlässige Verbindung zwischen Metall und Kunststoff ermöglichen. Für den innerhalb der Prozesskette anschließenden Fräsprozess wurde eine adaptive Spanerfassung entwickelt, welche die Späne prozessnah erfasst und einen Spanerfassungsgrad von bis zu 95% erreicht. Der Fräsprozess wird dabei über die Erfassung der Spindelleistung geregelt, sodass verschiedene Materialien mit zuge-hörigen Parametern (Vorschub, Spindeldrehzahl) bearbeitet werden können. Für die exemplarische Validierung der Prozesskette wurde anhand eines Erlanger Trägers (einer weit-verbreiteten Testgeometrie aus dem Bereich der Automobilindustrie) ein Demonstrator gefertigt sowie eine Machbarkeitsstudie an einem Rahmen einer Kniegelenksprothese (Ottobock) begonnen. Hierzu sind Aluminiumgrundkörper erarbeitet worden, auf welchen automatisiert Strukturen zur Verklamme-rung des aufgedruckten Kunststoffs aufgebracht werden konnten. Abschließend wurde das Metall-Kunststoff-Bauteil spanend in seiner Endkontur definiert. Es ist davon auszugehen, dass die industrielle Anwendung der im Forschungsprojekt untersuchten skalierbaren, robotergestützten Prozesskette die Produktion von individuell gefertigten Bauteilen in kleinen und mittleren Stückzahlen nachhaltig verändern wird