Funktionale Schichten für gassensorische Anwendungen:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Weitere Verfasser: | |
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Fraunhofer Verlag
2019
|
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe Kompetenzen in Keramik
48 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 207 Seiten zahlr., teils farb. Abb. u. Tab. 21 cm x 14.8 cm |
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|---|---|
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EINLEITUNG
1
ZIELSTELLUNG
3
I
GRUNDLAGEN
7
1
WECHSELWIRKUNGEN
VON
GASEN
MIT
FESTKOERPEROBERFLAECHEN
9
1.1
ADSORPTION
..............................................................................................
9
1.1.1
PHYSISORPTION
............................................................................
9
1.1.2
CHEMISORPTION
............................................................................
10
1.2
WECHSELWIRKUNG
MIT
OBERFLAECHEN-ADSORBATEN
....................................
11
1.2.1
LANGMUIR-HINSHELWOOD-MECHANISMUS
....................................
11
1.2.2
ELEY-RIDEAL-MECHANISMUS
.......................................................
12
1.3
AUSTAUSCH
VON
GITTERSAUERSTOFF
.............................................................
12
2
GASSENSOREN
-
EINFUEHRUNG
14
2.1
AUFBAU
UND
GRUNDKOMPONENTEN
..........................................................
14
2.2
SENSORTYPEN
...........................................................................................
15
2.2.1
CHEMORESISTIVE
GASSENSOREN
....................................................
16
2.2.2
ELEKTROCHEMISCHE
GASSENSOREN
................................................
17
3
POTENTIOMETRISCHE
FESTELEKTROLYT-GASSENSOREN
AUF
BASIS
VON
ZRUE2
19
3.1
EINLEITUNG
UND
UEBERBLICK
......................................................................
19
3.2
GRUNDLAGEN
DER
SENSORFUNKTION
..........................................................
19
3.3
SIGNALBILDUNG
BEI
ANWESENHEIT
EINER
REDUZIERENDEN
GASSPEZIES
...
21
3.4
SENSORKOMPONENTEN
...............................................................................
22
3.4.1
FESTELEKTROLYT
............................................................................
22
3.4.2
MESSELEKTRODE
............................................................................
23
3.4.3
REFERENZELEKTRODE
......................................................................
23
3.4.4
WEITERE
KOMPONENTEN
.............................................................
25
3.5
VARIANTEN
DES
SENSORAUFBAUS
................................................................
26
I
4
SPEZIFISCHE
WECHSELWIRKUNGEN
AUSGEWAEHLTER
WERKSTOFFE
UND
GASE
28
4.1
SIO
2
........................................................................................................
28
4.1.1
SAUERSTOFF
..................................................................................
28
4.1.2
WASSER
........................................................................................
29
4.1.3
KOHLENMONOXID
.........................................................................
29
4.1.4
KOHLENDIOXID
............................................................................
29
4.2
PLATIN
.....................................................................................................
29
4.2.1
SAUERSTOFF
......................................................................................
30
4.2.2
WASSER
........................................................................................
31
4.2.3
KOHLENMONOXID
.............................................................................
31
4.2.4
KOHLENDIOXID
................................................................................
32
4.3
ZRO
2
UND
YSZ
.........................................................................................
33
4.3.1
SAUERSTOFF
..................................................................................
33
4.3.2
WASSER
........................................................................................
33
4.3.3
KOHLENMONOXID
.............................................................................
33
4.3.4
KOHLENDIOXID
................................................................................
34
4.4
ITO
UND
VERWANDTE
HALBLEITENDE
METALLOXIDE
..........................................
34
4.4.1
SAUERSTOFF
..................................................................................
35
4.4.2
WASSER
........................................................................................
37
4.4.3
KOHLENMONOXID
.........................................................................
38
4.4.4
KOHLENDIOXID
................................................................................
40
4.4.5
WEITERE
SPEZIES
UND
KONTAMINANTEN
.........................................
40
II
STAND
DER
FORSCHUNG
UND
TECHNIK
43
1
ITO-BASIERTE
GASSENSOREN
45
1.1
ITO:
ELEKTRISCHE
EIGENSCHAFTEN
UND
SCHICHTHERSTELLUNG
......................
45
1.2
EINSATZ
IN
GASSENSITIVEN
SCHICHTEN
...........................................................
46
1.3
MODELLE
FUER
DEN
SENSORMECHANISMUS
........................................................
47
1.3.1
RESISTIVE
SENSOREN
.......................................................................
47
1.4
POTENTIOMETRISCHE
FESTELEKTROLYT-GASSENSOREN
MIT
ITO-MESSELEKTRODE
49
III
CHARAKTERISIERUNGSVERFAHREN
UND
EXPERIMENTELLE
DURCHFUEHRUNG
51
1
CHARAKTERISIERUNGSVERFAHREN
53
1.1
FRAGESTELLUNGEN
.....................................................................................
53
II
1.2
AUSWAHL
DER
CHARAKTERISIERUNGSMETHODEN
..........................................
54
1.2.1
STRUKTURELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
AUSGANGSPULVER
FUER
MESSELEKTRODEN
.........................................................................
54
1.2.2
STRUKTURELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
FUNKTIONSSCHICHTEN
....
55
1.2.3
FUNKTIONELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
AUSGANGSPULVER
FUER
MESSELEKTRODEN
.........................................................................
56
1.2.4
FUNKTIONELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
FUNKTIONSSCHICHTEN
...
56
2
EXPERIMENTELLE
DURCHFUEHRUNG
58
2.1
STRUKTURELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
AUSGANGSPULVER
FUER
MESSELEKTRODEN
.....................................................................................
58
2.1.1
AUFSICHTSAUFNAHMEN
MIT
RASTERELEKTRONENMIKROSKOP
............
58
2.1.2
ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE
.............................................................
58
2.1.3
BESTIMMUNG
DES
SCHWINDUNGSVERHALTENS
..............................
59
2.2
FUNKTIONELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
AUSGANGSPULVER
FUER
MESSELEKTRODEN
.......................................................................................
59
2.2.1
ADSORPT
IONS-
/DESORPTIONSMESSUNGEN
......................................
59
2.3
HERSTELLUNG
DER
WIDERSTANDSPROBEN
......................................................
62
2.4
AUFBAU
DER
POTENTIOMETRISCHEN
MESSZELLEN
...........................................
63
2.5
STRUKTURELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
SCHICHTEN
........................................
65
2.5.1
BESTIMMUNG
DER
SCHICHTGEOMETRIE
............................................
65
2.5.2
AUFLICHTMIKROSKOPIE
.....................................................................
65
2.5.3
GEFUEGEUNTERSUCHUNG
AN
SCHLIFFPROBEN
MITTELS
FESEM
....
65
2.6
FUNKTIONELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
SCHICHTEN
........................................
66
2.6.1
KALIBRIERUNG
DER
MESSMITTEL
......................................................
66
2.6.2
REFERENZ-WIDERSTANDSMESSUNGEN
UNTER
CO-EINFLUSS
............
67
2.6.3
GLEICHSTROM-WIDERSTANDSMESSUNGEN
AN
WIDERSTANDSPROBEN
.
67
2.6.4
MESSUNGEN
MIT
POTENTIOMETRISCHER
MESSZELLE
............................
68
IV
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
71
1
STRUKTURELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
AUSGANGSPULVER
FUER
MESSELEKTRODEN
73
1.1
PLATIN
......................................................................................................
73
1.1.1
AUFSICHT-FESEM
......................................................................
73
1.1.2
HOCHTEMPERATURMIKROSKOPIE
...................................................
73
1.1.3
ZUSAMMENFASSUNG
......................................................................
74
1.2
LOSCLCESZ
................................................................................................
74
1.2.1
AUFSICHT-FESEM
......................................................................
74
1.2.2
ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE
.............................................................
75
1.2.3
HOCHTEMPERATURMIKROSKOPIE
...................................................
75
III
1.2.4
ZUSAMMENFASSUNG
......................................................................
76
1.3
ITO
........................................................................................................
77
1.3.1
AUFSICHT-FESEM
......................................................................
77
1.3.2
ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE
.............................................................
77
1.3.3
HOCHTEMPERATURMIKROSKOPIE
....................................................
78
1.3.4
ZUSAMMENFASSUNG
......................................................................
79
2
STRUKTURELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
SCHICHTEN
80
2.1
PT-CERMET-SCHICHTEN
................................................................................
80
2.1.1
SCHICHTGEOMETRIE
......................................................................
80
2.1.2
GEFUEGEUNTERSUCHUNG
MITTELS
FESEM
......................................
81
2.2
ITO-SCHICHTEN
........................................................................................
81
2.2.1
AUFLICHTMIKROSKOPIE
...................................................................
81
2.2.2
GEFUEGEUNTERSUCHUNG
MITTELS
FESEM
..........................................
82
3
FUNKTIONELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
AUSGANGSPULVER
84
3.1
REFERENZMESSUNGEN
OHNE
PULVERPROBE
.................................................
84
3.1.1
TEMPERATURPROGRAMMIERTE
DESORPTION
...................................
84
3.1.2
CO-PULSMESSUNGEN
.......................................................................
86
3.1.3
ZUSAMMENFASSUNG
......................................................................
88
3.2
MESSUNGEN
AN
PT-PULVER
......................................................................
89
3.2.1
TEMPERATURPROGRAMMIERTE
DESORPTION
...................................
89
3.2.2
CO-PULSMESSUNGEN
...................................................................
93
3.2.3
ZUSAMMENFASSUNG
......................................................................
96
3.3
MESSUNGEN
AN
ITO-PULVER
...................................................................
97
3.3.1
TEMPERATURPROGRAMMIERTE
DESORPTION
.........................
97
3.3.2
CO-PULSMESSUNGEN
.....................................................................
102
3.3.3
ZUSAMMENFASSUNG
........................................................................
107
4
FUNKTIONELLE
CHARAKTERISIERUNG
DER
SCHICHTEN
108
4.1
REFERENZMESSUNGEN
.................................................................................
108
4.1.1
REFERENZ-WIDERSTANDSMESSUNGEN
UNTER
CO-EINFLUSS
................
108
4.1.2
EINFLUSS
DER
ZIROX-MESSZELLEN
......................................................
110
4.2
PT-CERMET-SCHICHTEN
..............................................................................
111
4.2.1
STATISCHE
BESTIMMUNG
DES
ELEKTRISCHEN
WIDERSTANDS
................
111
4.2.2
DYNAMISCHE
BESTIMMUNG
DES
ELEKTRISCHEN
WIDERSTANDS
.
.
.112
4.2.3
ELEKTRISCHER
WIDERSTAND
UNTER
CO-PRUEFGAS-EINFLUSS
...............
113
4.2.4
ZUSAMMENFASSUNG
........................................................................
116
4.3
ITO-SCHICHTEN
...........................................................................................
117
4.3.1
STATISCHE
WIDER
STANDSMESSUNGEN
.............................................
117
4.3.2
DYNAMISCHE
WIDERSTANDSMESSUNGEN
..........................................
119
IV
4.3.3
ELEKTRISCHER
WIDERSTAND
UNTER
CO-EINFLUSS
...............................
125
4.3.4
ZUSAMMENFASSUNG
........................................................................
131
5
SCHICHTCHARAKTERISIERUNG
MITTELS
POTENTIOMETRISCHER
MESSZELLE
132
5.1
PT-CERMET-SCHICHTEN
..............................................................................
132
5.1.1
GRUNDCHARAKTERISIERUNG
IN
CB-HALTIGEM
INERTGAS
.....................
132
5.1.2
SIGNALVERHALTEN
IN
CO-HALTIGEM
MESSGAS
.................................
138
5.1.3
ZUSAMMENFASSUNG
........................................................................
143
5.2
HO-SCHICHTEN
..........................................................................................
143
5.2.1
GRUNDCHARAKTERISIERUNG
IN
OELHALTIGEM
INERTGAS
.....................
143
5.2.2
SIGNALVERHALTEN
IN
CO-HALTIGEM
MESSGAS
.................................
144
5.2.3
ZUSAMMENFASSUNG
........................................................................
145
5.3
VERGLEICH
DER
MESSZELLE
MIT
PT-CERMET-
UND
ITO-MESSELEKTRODE
.
.
146
5.3.1
ZELLSPANNUNG
ALS
FUNKTION
DES
SAUERSTOFFPARTIALDRUCKS
....
146
5.3.2
ZELLSPANNUNG
ALS
FUNKTION
DER
CO-KONZENTRATION
...............
146
5.4
DIE
ZELLE
ITO|10SCLCESZ|PT:
THEORIE
UND
PRAXIS
...........................
147
5.5
ZUSAMMENFASSUNG
..................................................................................
149
6
BEWERTUNG
DES
CHARAKTERISIERUNGSVERFAHRENS
151
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
155
ANHANG
161
A
GRUNDLAGEN
AUSGEWAEHLTER
CHARAKTERISIERUNGSMETHODEN
161
A.L
BESTIMMUNG
DES
SCHWINDUNGSVERHALTENS
MITTELS
HOCHTEMPERATURMIKROSKOPIE
................................................................
161
A.2
ADSORPTIONS-/DESORPTIONSMESSUNGEN
...................................................
162
A.3
FUNKTIONELLE
SCHICHTCHARAKTERISIERUNG
IM
GASMESSPLATZ
..................
163
LITERATURVERZEICHNIS
171
V
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| discipline | Chemie / Pharmazie Mess-/Steuerungs-/Regelungs-/Automatisierungstechnik / Mechatronik |
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