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Berührungslose Permittivitäts-und Leitfähigkeitsmessungen mit einem Mehrelektrodensystem

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Schimmel, Lukas:
Berührungslose Permittivitäts-und Leitfähigkeitsmessungen mit einem Mehrelektrodensystem.
Bayreuth , 2020
( Bachelor thesis, 2020 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)

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Um die Einhaltung strengerer Richtlinien für Emissionen kontrollieren zu können, werden Gassensoren nötig, welche selbst geringe Konzentrationen über große Zeiträume detektieren. Für diese Anforderung wurde ein Gasdosimeter entwickelt, bei dem in einer sensitiven Schicht eine bestimmte Gasspezies selektiv gebunden wird. In dieser Arbeit handelt es sich um ein NOx-Dosimeter, bei dem durch die Bildung von Nitraten und Nitriden durch die Sorption von Stickoxiden der elektrische Widerstand sinkt. Dieser wird über Impedanzspektroskopie erfasst. Um die Ursache der auftretenden Nichtlinearität im Sensorsignal zu untersuchen, wurde zur Untersuchung der Sorbatbildung DRIFTS (diffuse Reflexions-Fouriertransformations-Infrarotspektroskopie) verwendet. Beide Größen wurden in einer In-situ-DRIFTS-Zelle an Sensoren verschiedener Schichtdicken in Abhängigkeit der NOx-Konzentration vermessen. Die Messungen zeigen, dass bei der Impedanzspektroskopie mit der Schichtdicke innerhalb des linearen Messbereichs die maximale Dosis und die maximale Widerstandsänderung linear zunehmen. Die Empfindlichkeit des Sensors nimmt mit seiner Schichtdicke ab, wodurch sowohl die obere als auch die untere Messgrenze mit der Schichtdicke ansteigen. Bei der DRIFTS zeigt sich kein Einfluss der Schichtdicke auf die Empfindlichkeit. Da bei diesem Verfahren nur ein Teil der Schicht, welcher durch die Eindringtiefe (ca. 10 µm) der IR-Strahlung begrenzt ist, betrachtet wird, ist dies zu erwarten. Jedoch steigt die maximale Dosis im linearen Messbereich mit der Schichtdicke an. Der durch die DRIFTS betrachtete Teil der Schicht ist jedoch für alle Schichtdicken gleich. d.h. die Stickoxide sorbieren nicht nur an der Oberfläche, sondern im gesamten Volumen der Schicht. Der Vergleich der beiden Messmethoden zeigt, dass der lineare Messbereich der DRIFTS für alle Schichtdicken größer ist als der des elektrischen Sensorsignals. Mit zunehmender Schichtdicke steigt dieser Unterschied an. Bei hohen Schichtdicken zeigt das elektrische Sensorsignal gegen Ende der Beladungsphase keine Veränderung mehr, wohingegen mit DRIFTS weiterhin eine lineare Zunahme von Adsorbatspezies erkennbar ist.

Further data

Item Type: Bachelor thesis
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials > Chair Functional Materials - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Profile Fields > Advanced Fields > Advanced Materials
Research Institutions > Research Centres > Bayreuth Center for Material Science and Engineering - BayMAT
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 10 Mar 2020 11:26
Last Modified: 10 Mar 2020 11:26
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/54603