2000

00-01

WETENSCHAPSAGENDA 00/01 13-01-2000

Agenda

Samenvattingen promoties

Stellingen

Archief

Deze wetenschapsagenda is een periodieke uitgave van de Universiteit Twente. Zij verschijnt ± 20 maal per jaar in een oplage van 500 stuks. Bel of mail ons voor nadere informatie of een gratis abonnement.

Dienst Voorlichting en Externe Betrekkingen, Postbus 217, 7500 AE Enschede, telefoon (053) 489 4244, E-mail: b.meijering@veb.utwente.nl
Laatste nieuws op Internet: URL: http://www.utwente.nl/nieuws


Proefschriften ook on-line beschikbaar
Een groot aantal proefschriften zijn direct opvraagbaar via de website van de Universiteitsbibliotheek. De documenten zijn in het kader van het webdocproject per faculteit /instituut integraal opgeslagen in pdf formaat.

Samenvattingen promoties

Statistische toetsen onder de loep

promotie mw. P.C. Boon, Faculteit Toegepaste Wiskunde: ‘Asymptotic behavior of pre-test procedures’

Bij de analyse van gegevens wordt gebruik gemaakt van statistische toetsen. Hierbij worden regelmatig aannames gedaan waarvan niet helemaal zeker is of ze kloppen. Om deze aannames te controleren wordt dan een voorafgaande toets, een pretoets, uitgevoerd. De uitkomst van deze pretoets bepaalt dan welke hoofdtoets wordt gebruikt voor het toetsen van de nulhypothese waarin men geïnteresseerd is. Als de pretoets de aannames niet verwerpt, wordt gekozen voor een specifieke hoofdtoets. Wanneer uit de pretoets blijkt dat de aannames niet kloppen, dan wordt gekozen voor een algemenere hoofdtoets. Ondanks de voorafgaande toets blijft de kans bestaan dat de verkeerde hoofdtoets wordt gekozen, wat weer gevolgen heeft voor de resultaten. Bovendien worden de pretoets en de hoofdtoets op dezelfde data toegepast, waardoor een zekere vorm van afhankelijkheid geïntroduceerd wordt, die ook gevolgen kan hebben voor de resultaten.
Om inzicht te krijgen in die gevolgen zijn benaderingen onderzocht voor de onbetrouwbaarheid van de bovenstaande procedure en het onderscheidend vermogen (het vermogen om afwijkingen van de nulhypothese op te sporen). Hieruit blijkt onder andere het volgende: wanneer de twee alternatieve hoofdtoetsen weinig van elkaar verschillen (b.v. slechts door het schatten van een onbekende parameter, die bij de specifieke toets bekend verondersteld wordt) gaat winst in onderscheidend vermogen altijd ten koste van de betrouwbaarheid. Wanneer het verschil tussen de hoofdtoetsen groot is, kan het gebruik van de procedure weliswaar nog steeds een klein verlies aan betrouwbaarheid opleveren, maar daartegenover staat dan een grote winst in het onderscheidend vermogen.

promotor prof. dr. W. Albers
assistent-promotor dr. W.C.M. Kallenberg
informatie mw. W. de Koning, telefoon (053) 489 43 63
e-mail w.dekoning@veb.utwente.nl

 

Peer Coaching als ondersteuning onderwijsvernieuwingen

promotie drs. A.M. (Annette) Thijs, Faculteit Toegepaste Onderwijskunde: ‘Supporting Science Curriculum Reform in Botswana: the Potential of Peer Coaching’

Het onderzoek van Annette Thijs was gericht op het opstellen van richtlijnen voor het ontwerpen van nascholingsprogramma's met peer coaching in Botswana. Peer coaching is een proces waarin leraren elkaar helpen hun didactische vaardigheden te verbeteren. Ook was een doelstelling van het onderzoek deze richtlijnen te toetsen aan de specifieke onderwijssituatie in Botswana. Peer coaching is gericht op het ondersteunen van docenten bij het doorvoeren van onderwijsvernieuwingen. Gebleken is dat peer coaching in de vorm van lesobservaties en nabesprekingen moeilijk is te realiseren in scholen in Botswana. Een bredere vorm van coaching lijkt beter te passen bij de mogelijke voorkeur van docenten ten aanzien van samenwerking. Het onderzoek heeft geleid tot een nascholingsprogramma dat bestaat uit een nascholingscursus, voorbeeldlesmateriaal en ondersteuning bij peer coaching. Ook is inzicht verkregen in de ondersteuning die peer coaching docenten kan bieden bij het invoeren van onderwijsvernieuwingen in Botswana. Het onderzoek is een initiatief van de UTen de Vrije Universiteit te Amsterdam en is uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Botswana.

promotor prof. dr. J.J.H. van den Akker, prof. dr. T. Plomp
assistent-promotor dr. E. van den Berg
informatie M.A.M. van Zaalen, telefoon (053) 489 2214
e-mail m.a.m.vanzaalen@veb.utwente.nl

 

Gebruik van zeolieten in industriële katalysatoren

promotie drs. ing. J.A.Z. (Jean-Pierre) Pieterse, Faculteit Chemische Technologie: ‘Low Temperature Alkane Activation over Zealites’

Het gebruik van een katalysator (een materiaal dat selectief een bepaalde reactie versnelt zonder daarbij zelf te worden geconsumeerd) speelt een belangrijke rol in de chemische industrie. In een heterogeen gekatalyseerde reactie is tenminste een van de reactanten geadsorbeerd aan de vaste stof. De reactanten kunnen reageren met het oppervlak van de katalysator, waardoor specifieke bindingen gemakkelijker worden gevormd of gebroken. De consequentie van het gebruik van een katalysator is dat de chemische reactie selektiever en onder mildere condities kan plaatsvinden, zodat minder eisen aan het ontwerp van reactoren hoeven te worden gesteld en minder energie wordt verbruikt.
De katalysatoren die hier zijn onderzocht, betreffen zeolieten die veelvuldig worden gebruikt in industriële katalysatoren. Zeolieten zijn opgebouwd uit tetrahedrale, aan zuurstof gecoördineerde silicium- en aliminium-atomen. Deze laatste introduceren een negatieve lading in de kristallijne structuur die gecompenseerd wordt door metal-kationen of protonen. De compensering van het negatieve-ladingsoverschot door protonen genereert Brønsted-zure plaatsen. De locatie en zuursterkte van deze Brønsted-zure plaatsen, en daardoor hun directe invloed op katalytische reakties, hangt samen met de specifieke structuur van verschillende zeolieten. Doordat de poriedimensies van de kanalen samenvallen met de diameter van vele koolwaterstoffen, worden zeolieten ook wel ‘moleculaire zeven’ genoemd. Het idee van moleculaire zeven resulteerde in het concept van vormselektiviteit – een van de meest typerende voordelen van het gebruik van zeolieten.
Centraal in dit onderzoek staat de bestudering van aktiviteit -en selektiviteit-bepalende eigenschappen van zeolieten middels de ontwikkeling van struktuur-aktiviteitsrelaties voor de katalytische conversie van alkanen bij lage temperatuur, voornamelijk n-butaan isomerizatie. Alkanen zijn de hoofdcomponenten van ruwe olie en staan aan de basis van de waardevolle brandstoffracties, verkregen uit ruwe olie. De raffinageprocessen van ruwe olie zijn erop gericht te voldoen aan de steeds scherpere milieu-eisen van brandstoffen. De heterogeniteit van industriële katalysatoren noodzaakt tot de bestudering van reacties van alkanen op goed gedefinieerde model-(zeoliet-)katalysatoren.
Een maat voor de (commerciële) waarde van alkanen in brandstof is hun relatieve octaangetal (RON). De meest gebruikte processen voor de productie van brandstoffen met een hoog octaangetal zijn de alkylering van isobutaan met olefinen en de etherficatie van isobuteen met methanol voor productie van methyl tertiary butyl ether (MTBE). In beide gevallen worden de gewenste tussenproducten (isobutaan en isobuteen) direct verkregen uit n-butaan middels respectievelijk isomerisatie, en dehydrogenering.

promotor prof. dr. J.A. Lercher
co-promotor dr. K. Seshan
informatie drs. B. Meijering, telefoon (053) 489 4385
e-mail b.meijering@veb.utwente.nl

 

Nieuwe simulatie van stromingsgedrag in reactoren

*21 januari 2000

Promotie ir. B.P.B. (Bob) Hoomans, faculteit Chemische Technologie, ‘Granulaire dynamica van gas-vast tweefasenstromingen’.

Gefluïdiseerde bedden zijn reactoren die veel gebruikt worden in de chemische procesindustrie en bij elektriciteitscentrales. Ze bestaan uit een kolom met daarin een vaste stof. De kolom heeft een poreuze bodem, waardoorheen gas wordt geblazen. Dat gas wervelt de deeltjes op waardoor het gas en de vaste stof zich vermengen.
Het stromingsgedrag in zo’n reactor is nogal complex, maar is wel bepalend voor de prestatie. Door fundamentele modellering kan beter inzicht worden verkregen in dit stromingsgedrag. Tot voor kort werd aangenomen dat de vastestofkorrels konden worden opgevat als een soort vloeistof met eigen eigenschappen. Hoomans heeft nu een computersimulatie ontwikkeld, waarbij de beweging van iedere vastestofkorrel afzonderlijk is meegenomen: "In simulaties waar de deeltjes perfect elastisch en volledig glad met elkaar botsen, gaat geen energie verloren door botsingen. Er ontstaan dan geen bellen en de drukfluctuaties zijn veel kleiner dan in werkelijkheid. Maar als je de botsingsparameters lichtelijk inelastisch maakt en deze een bepaalde ruwheid geeft, zie je opeens een veel realistischer gedrag. Op die manier hebben wij een parameter gevonden die een grote invloed heeft op het stromingsgedrag."
Het model van Hoomans maakt het mogelijk om in een bed met ongeveer 100.000 deeltjes ieder deeltje afzonderlijk te volgen. Dat is nog te weinig om een reactor op industriële schaal door te rekenen, maar is wel genoeg om belangrijke stromingsverschijnselen in een reactor (zoals belvorming) te bestuderen. "Deze simulatietechniek is nieuw en het onderzoek is toonaangevend op wereldniveau", aldus Hoomans. "Het heeft al geleid tot verbetering van modellen voor meer grootschalige stroming en het kan leiden tot spectaculaire procesverbetering."

promotores prof. dr. Ir. W.P.M. van Swaaij, prof. dr. W.J. Briels, prof. dr. ir. J.A.M. Kuipers
informatie drs. B. Meijering, telefoon (053) 489 4385
e-mail b.meijering@veb.utwente.nl

 

Kans op doorslag begrenst miniaturisering chips

Promotie ir. V.E. Houtsma, faculteit Elektrotechniek, ‘Gate Oxide Reliability of Poly-Si and Poly-SiGe CMOS devices’, 14 januari 16.45 uur

Een nog kleinere GSM met tegelijk meer functies, een krachtiger pc, een geheugenchip waar veel muziek op past: miniaturisering in de chip-industrie vergroot nog steeds de mogelijkheden van de huidige informatie- en communicatietechnologie. Achter de schermen vergt deze voortgaande miniaturisering echter enorme inspanningen. Al in 1967 voorspelde Gordon Moore , later mede oprichter van Intel, dat elk jaar het aantal componenten op een chip zal verdubbelen. Deze uitspraak nu beter bekend als de wet van Moore is allesbehalve een vaststaande wetmatigheid en vergt voordurend nieuwe oplossingen om een stap verder te komen. Tot op de dag van vandaag komt deze uitspraak weliswaar met vrij hoge nauwkeuigheid uit, maar de grenzen komen in zicht: de technologie om kleinere chips te maken wordt steeds gecompliceerder. Maar ook op de chip zèlf zijn er grenzen. Nu de afmetingen van individuele onderdelendelen op een chip –er passen tientallen miljoenen transistoren op een vierkante centimeter- verschuiven van een kwart naar een tiende micrometer, worden die grenzen duidelijker voelbaar.

doorslag

Een belangrijk onderdeel in het functioneren van een chip is een zeer dun laagje siliciumoxide. Iedere transistor in een modern ‘CMOS’ proces heeft zo’n laagje, dat essentieel is voor de werking. De verwachting is dat zulke oxiden over enkele jaren maar enkele nanometers dik zijn, eigenlijk maar enkele (5 tot 10) atomen op elkaar. Houtsma heeft de betrouwbaarheid van deze lagen siliciumoxide onderzocht, en daarmee de betrouwbaarheid van de transistor en de chip als geheel. Hij heeft hiervoor metingen gedaan aan de huidige generaties chips en aan ultradunne oxidelagen die gebruikt gaan worden in de volgende generaties chips. Aan de goede werking van de transistor kan definitief een einde komen als de oxidelaag ‘doorslaat’. Dan isoleert het oxide niet meer en laat het stroom door, hetgeen resulteert in een ongewenste kortsluiting. Hoe dunner de laag, hoe groter die kans. Bij kleinere afmetingen wordt daarom ter bescherming al gekozen voor een lagere voedingsspanning. Houtsma deed onderzoek naar de mechanismen die de voorlopers zijn voor doorslag. Tijdens elektrische ‘stress’, veroorzaakt door een groot elektrische veld, blijkt de isolerende kwaliteit van het oxide snel af te nemen. De kans dat er toch een kleine stroom doorheen lekt, neemt snel toe omdat het voor elektronen gemakkelijker wordt erdoorheen te komen. Neemt de kwaliteit

van het oxide nog meer af, dan is er al sprake van ‘zachte’ doorslag, maar deze vorm is nog niet fataal voor het goed functioneren van de transistoren. Nog een stap verder, en het oxide wordt onherstelbaar beschadigd, na harde doorslag. Bij zeer dunne lagen gaat het oxide nog sneller kapot bij hogere temperaturen, constateert Houtsma. Bij de afmetingen die transistoren in 2005 zullen hebben is de oxidedikte maar een 1 tot 2 nanometer, en hij verwacht daar grote betrouwbaarheidsproblemen. Gelukkig wordt er al veel onderzoek gedaan naar materialen die siliciumoxide kunnen vervangen.

nano-lichtbron

Houtsma heeft ook gemeten aan het oxide nadat het al was doorgeslagen. Opmerkelijke vondst daarbij is dat er een nieuwe diode onstaat met nanometerafmetingen, die licht geeft. Het licht geeft niet alleen informatie over de breakdown, maar mogelijk is er ook een nieuwe techniek geboren om zeer kleine lichtbronnen te maken.

Promotor prof.dr. P.H. Woerlee
Informatie ir.W.R. van der Veen, (053) 489 4244
E-mail w.r.vanderveen@veb.utwente.nl

 

Metaalbewerking met guillotine

Promotie ir. H.H. Wisselink, faculteit Werktuigbouwkunde, ‘Analysis of guillotining and slitting, finite element simulations’, 13 januari 2000 13.15 uur

Voor het snijden van dunne metaalplaat zijn knippen en ‘slitten’ gangbare technieken. Knippen heet in dit vak in het Engels ook wel ‘guillotining’: net als bij de oude guillotine uit de tijd van de Franse Revolutie wordt gebruikgemaakt van twee messen waarvan de een onder een hoek staat ten opzichte van de andere. Het metaal wordt dan op het onderste mes geklemd en het bovenste wordt erop gedrukt om het metaal te snijden.

Slitten werkt op een andere manier, daar komt het metaal tussen twee roterende messen. Deze techniek is vooral geschikt voor grote snijlengten.

Bij ontwerpaanpassingen en verbetering van kwaliteit en efficiëntie wordt nog veel van ‘trial and error’ gebruik gemaakt, stelt Wisselink. In het contact tussen mes en metaal en tijdens het daadwerkelijke snijden treden allerlei effecten op waarin nog maar weinig inzicht bestaat. Wisselink heeft daarom een simulatiemethode opgezet met de eindige-elementen methode. Om allerlei soorten metaalbewerkingen te kunnen simuleren heeft de Universiteit Twente het programma DiekA ontwikkeld dat zijn diensten al heeft bewezen in simulaties van bijvoorbeeld dieptrekken, walsen. Wisselink past het toe op knippen en slitten. Zo kan hij bijvoorbeeld in beeld brengen wat er gebeurt als de eerste ‘taaie’ breuk in het metaal optreedt, en ook hoe het metaal plastisch vervormt –buigt en verdraait- in het hele proces, ook op enige afstand van de uitsnijding.

De simulaties blijken dit soort bedoelde en onbedoelde effecten kwalitatief goed te beschrijven en geven daarme een goed inzicht in knippen en slitten, zodat ze bruikbaar zijn bij het aanpassen van het ontwerp en bijvoorbeeld bij het kiezen van de optimale snijhoek.

Promotor prof.dr.ir. J. Huétink
Informatie ir. W.R. van der Veen, tel (053) 489 4244
E-mail w.r.vanderveen@veb.utwente.nl

 

Computer krijgt ruimtelijk inzicht

Promotie ir. Z. Houkes, faculteit Elektrotechniek, ‘Estimating 3D object parameters from 2D grey-level images’, 14 januari 15.00 uur

Hoe goed de mens in staat is te interpreteren wat hij of zij ziet, blijkt pas als een computer een vergelijkbare taak moet krijgen. ‘Computer vision’ kan helpen bij allerlei vormen van geautomatiseerde kwaliteitsinspectie, bij het interpreteren van bijvoorbeeld satellietfoto’s of bij het aansturen van een robot. Maar om de computer te leren kijken is veel rekenwerk nodig, en vooral ook veel kennis die de mens als vanzelfsprekend toepast. Houkes heeft een modelmatige aanpak gekozen om de computer tweedimensionale beelden te laten interpreteren op een driedimensionale manier. Hoe krijg je ruimtelijke informatie over een kubus als je er alleen afbeeldingen van hebt in het platte vlak? Eigenlijk ‘ziet’ de computer niet meer dan een verzameling lichte en donkere puntjes. Een correcte interpretatie vergt veel statistiek, maar ook basiskennis over vormen of bijvoorbeeld de lichtval en de stand van de camera. De kunst is om niet meer kennis te gebruiken dan noodzakelijk, en die kennis te combineren met passende statistische rekenmethoden die binnen een redelijke tijd tot een resultaat komen (convergeren). Daarbij kan het handig ‘filteren’ van een afbeelding ook nog goede diensten bewijzen, concludeert Houkes. Op die manier is uit simpele zwartwit afbeeldingen toch driedimensionale informatie te berekenen. Bijvoorbeeld de stand van een kubus. Of een hoogtekaart op basis van beelden die een bewegende camera geeft. Houkes heeft, ook naast zijn promotie, in verschillende projecten onderzoek gedaan naar dit soort herkenningsproblemen. Bijvoorbeeld bij het geautomatiseerd herkennen van onderdelen op een printplaat, bij het inspecteren van de kwaliteit van industriële producten of het classificeren van satellietfoto’s.

promotor prof.dr.ir. P.P.L. Regtien
informatie ir. W.R. van der Veen, tel (053) 489 4244
e-mail w.r.vanderveen@veb.twente.nl

 

Stellingen

Vincent Houtsma, faculteit Elektrotechniek, Universiteit Twente

De toename van vrouwen in typische mannenberoepen verlaagt de status van de man.

Harm Wisselink, faculteit Werktuigbouwkunde, Universiteit Twente

Het voorspelbaar zijn van verkeerslichten vermindert de ergernis van het wachten.
Gebrekkig wegenonderhoud heeft hetzelfde effect als verkeersdrempels.

Dora van Veen, faculteit Elektrotechniek, Universiteit Twente

Alhoewel roken de volksgezondheid schaadt, is het een goede manier om een volk onder bedwang te houden.