Systematic THz dielectric spectroscopy of ionic liquids [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Matthias Patrick Krüger

De
  Systematic THz Dielectric  Spectroscopy of Ionic Liquids                  Dissertation    Zur Erlangung des Doktortitels der Naturwissenschaften  der Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr‐Universität Bochum   vorgelegt von Matthias Patrick Krüger  aus Herne Wanne‐Eickel  April 2010     This  dissertation  covers  the  results  of  my  PhD  studies  at  the  Faculty  of  Chemistry  and Biochemistry of the Ruhr‐University Bochum in the group of Prof. Dr. M. Havenith‐Newen, th thChair of Physical Chemistry II, in the time between July 11 , 2006 and April 15 , 2010.                 stDissertation Defense:     June 1 , 2010     First Examiner:    Prof. Dr. M. Havenith‐Newen Lehrstuhl für Physikalische Chemie II  Second Examiner:    Prof. Dr. H. Weingärtner AG "Physikalische Chemie der Flüssigkeiten" Lehrstuhl für Physikalische Chemie II  Examination Chairman:     to be announced Faculty of Chemistry and Biochemistry  ITSP First Supervisor:       Prof. Dr. M. Havenith‐Newen Lehrstuhl für Physikalische Chemie II  ITSP Second Supervisor:     Prof. Dr. M. Hofmann Lehrstuhl für THz‐Technologie              “Don’t dream it, be it.”   Richard O’Brien ‐ The Rocky Horror Picture Show (1975)          “Another turning point, a fork stuck in the road. Time grabs you by the wrist, directs you where to go. So make the best of this test, and don't ask why.
Publié le : vendredi 1 janvier 2010
Lecture(s) : 131
Source : WWW-BRS.UB.RUHR-UNI-BOCHUM.DE/NETAHTML/HSS/DISS/KRUEGERMATTHIASPATRICK/DISS.PDF
Nombre de pages : 211
Voir plus Voir moins


 
 
Systematic THz Dielectric  
Spectroscopy of Ionic Liquids 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dissertation 
 
 
 
Zur Erlangung des Doktortitels der Naturwissenschaften  
der Fakultät für Chemie und Biochemie 
der Ruhr‐Universität Bochum 
 
 
vorgelegt von 
Matthias Patrick Krüger 
 
aus 
Herne Wanne‐Eickel 
 
April 2010     
This  dissertation  covers  the  results  of  my  PhD  studies  at  the  Faculty  of  Chemistry  and 
Biochemistry of the Ruhr‐University Bochum in the group of Prof. Dr. M. Havenith‐Newen, 
th thChair of Physical Chemistry II, in the time between July 11 , 2006 and April 15 , 2010. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
stDissertation Defense:     June 1 , 2010 
 
 
 
 
First Examiner:    Prof. Dr. M. Havenith‐Newen 
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II 
 
Second Examiner:    Prof. Dr. H. Weingärtner 
AG "Physikalische Chemie der Flüssigkeiten" 
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II 
 
Examination Chairman:     to be announced 
Faculty of Chemistry and Biochemistry 
 
ITSP First Supervisor:       Prof. Dr. M. Havenith‐Newen 
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II 
 
ITSP Second Supervisor:     Prof. Dr. M. Hofmann 
Lehrstuhl für THz‐Technologie 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Don’t dream it, be it.” 
 
 
Richard O’Brien ‐ The Rocky Horror Picture Show (1975) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Another turning point, a fork stuck in the road. 
Time grabs you by the wrist, directs you where to go. 
So make the best of this test, and don't ask why. 
It's not a question, but a lesson learned in time. 
It's something unpredictable, but in the end it's right. 
I hope you had the time of your life.” 
 
 
Green Day ‐ Time of Your Life (1997) 
 
Acknowledgements vii 
 
Acknowledgements 
 
 
 
This thesis would not have been possible without the help of many people. I would like to 
thank all of them for their outstanding efforts, work, help, patience, care, and supervision. 
You all have a big stake in my success. 
 
Prof. Dr. Martina Havenith‐Newen supervised me during my Bachelor’s, Master’s and PhD 
thesis.  I  would  like  to  thank  her  for  all  the  trust  she  put  in  me,  for  her patience  and 
competent supervision, and for giving me the opportunity to do high‐level research in such a 
stimulating atmosphere. Also, I would like to thank her for letting me take part in other 
projects besides my thesis. 
 
Prof. Dr. Hermann Weingärtner is my second examiner and cooperation partner. Thank you 
for providing the microwave dielectric spectra, for help with the data interpretation and for 
kicking off the ionic liquids project. 
 
Prof. Dr. Martin Hofmann is my second supervisor according to the Individual Training and 
Supervision Plan (ITSP) of the Research School. Thank you for much advice and help and for 
being the lecturer and examiner of my minor class exam. 
 
I would like to thank Dr. Erik Bründermann for excellent guidance, outstanding competence 
and supervision. Thank you for always being straightforward and supporting me. Moreover, I 
would like to thank him for letting me take part in many of his interesting projects. I wish I 
were able to give him back at least a little percentage of what he has given to me. Thank you 
Erik also for proof‐reading this thesis. 
 
Many thanks go to Asst. Prof. Dr. Özgür Birer, Dr. Rajib Mitra, Dr. Diedrich Schmidt and Dr. 
Gerhard Schwaab for experimental help, proof‐reading, many fruitful scientific discussions 
and support with the data analysis. 
 
I would like to thank Prof. Dr. Martin Gruebele and Dr. Seung‐Joon Kim for letting me 
participate in the development of the Kinetic THz Absorption (KITA) experiment. 
 
Thank you to Prof. Dr. Wim van der Zande and Dr. Afric Meijer from Radboud University ‐ 
Nijmegen for cooperation and scientific exchange.  viii  Acknowledgements 
 
I would like to thank Prof. Dr. Martin Thomas Zanni, Dr. Terry Ding and all other members 
of the Zanni group at the University of Wisconsin ‐ Madison for the introduction to 2D‐IR 
spectroscopy and three exciting months in the US. I also acknowledge the funding of this 
research visit to the Foundation of German Economics (SDW). 
 
Thank you to Prof. Dr. Uwe Weidner and Dipl.‐Ing. Sulamith Frerich for letting me take part 
in a nice cooperation project on micro‐particles and for giving me an insight into state‐of‐
the‐art research on process engineering. 
 
Thank you to Dr. Nils Gerhardt and Dr. Stefan Hoffmann for instant and useful help with 
diodes, fibers and other optical and photonic devices. 
 
I would like to thank Prof. Dr. Anja‐Verena Mudring and her group for carefully synthesizing 
some of the ionic liquids and for fruitful discussion meetings. 
 
Thank you to M.Sc. Mianmian Huang for help with the preparation and drying of the ionic 
liquids and for providing the microwave dielectric spectra. 
 
Thank you to Dr. Christoph Jahnke and Dr. Albrecht Bartels for their help with the ASOPS 
system, their patience, and courtesy. 
 
I would like to thank Dr. Benjmain Born, Dipl.‐Phys. Jessica Dielmann‐Gessner, Dr. Simon 
Ebbinghaus, Dipl.‐Phys. Stefan Funkner, B.Sc. Matthias Heyden, M.Sc. Konrad Meister, 
B.Sc. Anna Muhs, M.Sc. Gudrun Niehues, B.Sc. Luong Truong Quan and Dr. Konstanze 
Schröck from the THz group for many years of fun, hard work, frustration and success in the 
lab, for methodical introduction and for many helpful discussions. 
 
Many thanks go to the group of Physical Chemistry 2, especially Christian Fester, Solveig 
Förster, Ulla Knieper, Jochen Masuch, Hannelore Sommer, Reinhard Renzewitz and Sabine 
Weiß for immediate help, care and support. I would like thank all current and former group 
colleagues  especially  Dr. Anja Metzelthin  and. Dr. Markus Ortlieb  for  a  pleasant  time, 
excellent teamwork, friendship, and guidance.  
 
Thank you to the machine shop and repositories of the Faculty of Chemistry & Biochemistry 
for technical help and quick fabrication. 
 Acknowledgements ix 
Many  thanks  go  to  Dr.  Ursula  Justus,  Dr.  Heide  Schmidtmann,  Maria  Sprung  and 
Dr. Christiane Wüllner, the members of the Executive Board, and the fellows of the Ruhr‐
University Research School for nice experience and many interesting events in the Ruhr‐
University Research School. 
 
I would like to thank Prof. Dr. Dieter Bender and Prof. Dr. Wilhelm Löwenstein for heading 
the local chapter of the Foundation of German Economics (SDW) in Bochum, its scholars and 
Ruth Lehnen as representative of the SDW for funding three years of my PhD studies and 
many interesting events giving me a stimulating insight into economics and business. 
 
Ich  bedanke  mich  bei  allen  meinen  Freunden,  Kollegen,  Stammtisch‐Brüdern  vom 
„Herrenabend Wanne‐Eickel“, Bekannten und Verwandten für eine immer wieder sehr tolle 
Zeit außerhalb des Uni‐Lebens. 
 
Mein größter Dank geht an meine Familie, meine Mutter Ulrike Krüger, meinen Vater Heinz‐
Günter Krüger, meine Großeltern, meinen Bruder Christopher Krüger und seine Freundin 
Antje Sonntag für langjährige Unterstützung, Rat, Tat und Hilfe. 
 
 
 
Ich danke euch allen sehr. x  Abstract 
 
Abstract 
 
 
 
Within the scope of this thesis a fast‐scanning Terahertz time‐domain spectrometer using 
asynchronous optical sampling (ASOPS) has been prepared and extended to temperature‐
stabilized measurements of highly absorbing samples. The data analysis has been adapted to 
a quartz cell for thin liquid samples and a metal pill holder for solid samples by advanced 
pulse propagation and parameter extraction algorithms. In this context, the experimental 
uncertainty and ambiguity have been studied in detail. This enables the measurement and 
determination  of  the  frequency‐dependent  complex  dielectric  function  of  a  chemical 
component within a bandwidth of up to 3 THz. As test samples, homologous fatty acids have 
been characterized in the THz region as well as other homologous organic samples such as 
organic polymers and aromatic compounds. The main focus lies on a systematic combined 
THz time‐domain and Fourier‐transform Infrared (FTIR) spectroscopic study of ionic liquids, a 
new class of chemical compounds with a promising potential for scientific and industrial 
applications. By combining THz, FTIR and microwave data, the absorption coefficient of 
ethyl‐ammonium nitrate was measured over eight orders of magnitude in absolute size and 
in  frequency.  Moreover,  a  series  of  homologous  alkyl‐ammonium  ionic  liquids  was 
characterized.  By  simultaneous  fitting  of  the  dielectric  spectra  obtained  with  the  THz 
spectrometer  and  dielectric  data  in  the  microwave  region,  an  insight  into  molecular 
relaxation and interaction processes has been obtained. The taxonomy of the measured 
samples allows correlations between dielectric behavior and chemical composition, which in 
turn can help with prediction of physicochemical properties and customized design of ionic 
liquids. 
 
 
 
 
Within the scope of this thesis, special measurement software packages for the TDS setup 
and for the ASOPS spectrometer (cf. chapter 3.4) have been developed. Moreover, programs 
for Gaussian beam propagation, parameter extraction from THz time‐domain measurements 
and  fitting  of  dielectric  spectra  have  been  written.  Correspondence  to: 
Matthias.Krueger@rub.de. 
 
 

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.