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Final Report Abstract
Am Institut für Nanoelektronik wurden anwenderspezifische Schaltkreise (ASIC) für die Medizintechnik entwickelt. Gerade im Bereich der implantierbaren Medizintechnik spielt die Zuverlässigkeit der CMOS-Technologien eine wichtige Rolle. Mit Hilfe der Altix 4700 ist das Degradationsverhalten der Feldeffekttransistoren mit Hilfe der Quantenmechanik atomistisch untersucht worden. Dabei wurde das Dielektrikum modelliert und mit einem quantenchemischen Verfahren, der Dichtefunktionaltheorie, wurden Reaktionspfade und Übergangswahrscheinlichkeiten von potenziellen Reaktionen ermittelt und ausgewertet. Zusätzlich ist mit Ansatz der Greenschen Funktionen die Berechnung des Tunnelstroms des Siliziumdioxids von unterschiedlichen Defekten verfolgt worden. Das Institut für Geotechnik und Baubetrieb hat sich mit der Simulation von Herstellungsprozessen von Pfählen beschäftigt. Herstellungseinflüsse wurden in der Geotechnik bislang nur wenig untersucht und deren Auswirkungen auf das Tragverhalten geotechnischer Strukturen sowie die umgebende Umwelt waren weitestgehend unbekannt. Mit Hilfe komplexer numerischer Simulationen wurde der Herstellungsprozess von Pfählen, die in den Boden eingedrückt, einvibriert oder eingerammt werden, untersucht. Die Dissertationen von Mahutka (2008) und Henke (2009) zeigen, dass die Simulation dieser Herstellungsprozessen möglich ist und wie sich die Herstellungen auf die Zustandsparameter des umgebenden Bodens auswirken. Weiterhin konnte der Einfluss der Herstellung auf benachbarte Bauteile ermittelt werden. In weiteren Arbeiten wurde das Verformungsverhalten von geotechnischen Strukturen untersucht, dessen realistische Simulation aufgrund des sehr komplexen Spannungs-Dehnungsverhaltens von Böden hohe Anforderungen an die verwendeten Simulationshardware stellt. Wie die Publikationsliste zeigt, konnte in dem Zeitraum durch numerische Simulationen umfangreiche Erkenntnisse zum Tragverhalten geotechnischer Strukturen erlangt werden. Das Institut für chemische Reaktionstechnik hat die Altix 4700 im Berichtszeitraum für Simulationrechnungen mit VASP genutzt. Die meisten chemischen Produkte werden mit Hilfe von Katalysatoren hergestellt, nämlich weltweit in 90% aller chemischen Prozesse. Katalysatoren beschleunigen Reaktionen und konvertieren Reaktionsmittel zu dem gewünschten Produkt ohne selbst verbraucht zu werden. Nach einem katalytischen Zyklus ist der Katalysator wieder in seinem Ursprungszustand. Das Forschungsziel ist ein Verständnis der katalytischen Phanömene bei Nanomaterialien, so dass gezieltes Design neuer Katalysatoren möglich ist. Insbesondere wurden auf der Altix in folgenden Bereichen Simulationen durchgeführt: Absorption von 2,5 pyridine di-carboxylic acid auf Cu(011) Oberflächen; verschiedene Reaktionen in Zeoliten wie das monomolekulare Spalten von leichten Alkanen auf HZSM-5 Oberflächen.
Publications
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Determination of temperature wall functions for high Rayleigh number flows using asymptotics: A systematic approach. Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 50, 3820-3831, 2007
C. Balaji, M. Hölling, H. Herwig
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Direct and Indirect Methods of Calculating Entropy Generation Rates in Turbulent Convective Heat Transfer Problems. Heat and Mass Transfer, Vol. 43, 207-215, 2007
H. Herwig, F. Kock
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First Principle Cellular Automata Simulation of Transport in Short Channel MOS-FET for Self-consistent Atomistic Modeling of Degradation in Ultra Thin Silicon-Dioxide Dielectrics. Tagungsband "SAFE 2007", 2007
D. Liebig, W. Krautschneider, K. Schünemann, K. Hafkemeyer, A. Domdey
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In-Depth Study of the Influence of Host-Framework Flexibility on the Diffusion of Small Gas Molecules in One-Dimensional Zeolitic Pore Systems. The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 111, pp. 17370-17381, 2007
N. E. R. Zimmermann, S. Jakobtorweihen, E. Beerdsen, B. Smit, F. J. Keil
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Numerische Simulation von Rammarbeiten im Erdwiderstandsbereich von Baugrubenwänden. Bautechnik 84(8):519-524
J. Grabe, S. Henke und B. Schümann
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Übertragung von nichtlinearen Schwingungen an der Kotaktfläche zwischen Struktur und Boden. VDI-Berichte Nr. 2022, S. 87-97 (2007)
J. Grabe und K.-P. Mahutka
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Numerical Investigation of Soil Plugging Inside Open-ended Piles With Respect to the Installation Method. Acta Geotechnica, 3(3):215-223
S. Henke S. and J. Grabe
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Numerische Untersuchungen zur Propfenbildung in offenen Profilen in Abhängigkeit des Einbringverfahrens. Bautechnik, 85(8):521-529 (2008)
S. Henke und J. Grabe
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The role of entropy production in momentum and heat transfer. 7th Int. Symposium on Heat Transfer, Beijing, China, Okt. 2008
H. Herwig, T. Wenterodt
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Influence of pile installation on adjacent structures. Int. Journ. for Num. and Analytical Methods in Geomechanics (2009)
S. Henke
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Numerical Simulation of Pile Driving in the Passive Earth Pressure Zone of Excavation Support Walls. Bautechnik, Special english issue, August 2009, pp. 40-45
J. Grabe, S. Henke und B. Schümann
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Zu den Möglichkeiten und Grenzen der numerischen Simulation der Herstellung von Baugruben. Bautechnik, 84(9):358-367
S. Henke und J. Grabe
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A Second law analysis of mixed convection in a plane channel based on DNS results. Proc. Int. Heat Transfer confercence, IHTC14-22619, Washington D.C., August 8- 13, 2010
P. Kis, H. Herwig
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A systematic derivation of a consistent set of Boussinesq equations. Heat and Mass Transfer, Vol. 46, 1111-1119, 2010
P. Kis, H. Herwig
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On the Effects of the External Surface on the Equilibrium Transport in Zeolite Crystals. The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 114, pp. 300-310, 2010
N. E. R. Zimmermann, B. Smit, F. J. Keil
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Wall roughness effects: A second law analysis (SLA). IUTAM Symposium on the Physics of wall-bounded turbulent flows on rough walls, Springer-Verlag, ed. T.B. Nickels, 151-156, 2010
H. Herwig, T. Wenterodt
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Adsorption and diffusion in zeolites: the pitfall of isotypic crystal structures. Molecular Simulation, Vol. 37, pp. 986-989, 2011
N. E. R. Zimmermann, M. Haranczyk, M. Sharma, B. Liu, B. Smit, F. J. Keil
