Einweg-DSC-Chip

Titelangaben

Moos, Ralf ; Missal, Wjatscheslaw ; Kita, Jaroslaw ; Wappler, Eberhard ; Gora, Frieder ; Kipka, Annette ; Bartnitzek, Thomas ; Bechtold, Franz ; Schabbel, Dirk ; Pawlowski, Beate:
Einweg-DSC-Chip.
2011
Veranstaltung: Sensor 2011, fms-Sondersession 2011, Workshop Sensorforschung für Medizin und Technik : Ergebnisse aus der industriellen Gemeinschaftsforschung , 09.06.2011 , Nürnberg, Deutschland.
(Veranstaltungsbeitrag: Workshop , Sonstige Präsentationstyp)

Angaben zu Projekten

Abstract

Eine neuartige DSC-Messzelle (Differential Scanning Calorimetry, DSC) erfüllt, obwohl nur 11 mm x 39 mm x 1,5 mm groß, alle Funktionen eines DSC-Messgeräts, einschließlich der des Ofens. Sie wird mittels Dickschichttechnologie als Mehrlagenkeramik (Low Temperature Co-Fired Ceramics, LTCC) realisiert. Aufgrund ihrer einfachen Bauart ist die Herstellung sehr preiswert. Im Falle von Kontamination bzw. Zerstörung durch aggressive Probenmaterialien kann sie daher kostengünstig ersetzt werden.
Nach einer grundlegenden Charakterisierung der Struktur mit Hilfe von metallischen Proben (Indium, Zinn und Zink) zeigt sich, dass sie in ihren Eigenschaften mit den derzeit auf dem Markt etablierten DSC-Geräten durchaus vergleichbar ist. Gleichzeitig verursachen die mit dem Einweg-DSC-Chip (EDSC-Chip) durchgeführten Thermoanalysen jedoch nur einen Bruchteil an Kosten.
Der Schmelzpunkt von Indium lässt sich mit einer guten Wiederholbarkeit (Standardabweich¬ung liegt bei 0,02°C) bestimmen. Die kalorische Empfindlichkeit beträgt ca. 0,24 J/°Cs und ist im Temperaturbereich zwischen 150 °C und 420 °C linear. Zudem ist der Zusammenhang zwischen der Phasenübergangsenthalpie und der Probenmasse bis zu mindestens 26 mg (Indium) linear. Dies bedeutet eine Linearität der gemessenen Enthalpie bis zu 740 mJ. Bei Vermessung der Proben direkt im Tiegel des EDSC-Chips ist der lineare Zusammenhang sogar bis zu mind. 35 mg Indium (1000 mJ) gegeben. Als eine weitere sehr positive Eigenschaft des EDSC-Chips ist die Unabhängigkeit der gemessenen Enthalpie von der Heizrate bis zu mind. 320 °C/min hervorzuheben. Die Struktur ist somit im Bezug auf die Signalverarbeitung leicht zu handhaben Lediglich zur Berücksichtigung der Probenmasse und der Temperatur werden lineare Korrekturfunktionen benötigt. Auch die Trennschärfe des EDSC-Chips (gemessen unter Benutzung von Azoxydianisol) ist vergleichbar mit den kommerziellen Geräten und beträgt 0,24 (nach TAWN).
Der Energieverbrauch für eine Thermoanalyse von Raumtemperatur bis 200 °C beträgt 60 mWh. Dieser niedrige Energieverbrauch und die Kompaktheit der Abmessungen des gesamten auf dem EDSC-Chip basierten DSC-Systems ermöglichen erstmals ein portales DSC-System.