Kraftkompensierte chemische Sensoren auf der Basis bisensitiver Hydrogele:
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Dresden
TUDpress
2021
|
| Series: | Dresdner Beiträge zur Sensorik
Band 81 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | xviii, 152 Seiten 22 cm x 16 cm |
| ISBN: | 9783959084260 3959084269 |
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOL
UND
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
XVI
1
EINFUEHRUNG
2
1.1
MOTIVATION
......................................................................................................
2
1.2
EIGENSCHAFTEN
UND
ANWENDUNGEN
VON
HYDROGELEN
.............................................
4
2
GRUNDLAGEN
UND
STAND
DER
TECHNIK
12
2.1
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
DES
HYDROGEL
VERHALTENS
...............................................
12
2.1.1
STATISCHES
QUELLVERHALTEN,
QUELLDRUCK
UND
QUELLUNGSGLEICHGEWICHT
.
.
12
2.1.2
QUELLKINETIK
UND
DIFFUSIONSPROZESSE
.........................................................
13
2.1.3
VISKOELASTISCHES
MATERIALVERHALTEN
.........................................................
15
2.2
HYDROGELE
ALS
SORPTIV-MECHANISCHE
WANDLER
FUER
SENSOREN
.................................
16
2.2.1
AENDERUNG
DER
ELEKTRISCHEN
EIGENSCHAFTEN
................................................
18
2.2.2
AENDERUNG
DER
MAGNETISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.............................................
18
2.2.3
AENDERUNG
DER
GRAVIMETRISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.......................................
19
2.2.4
AENDERUNG
DER
OPTISCHEN
EIGENSCHAFTEN
...................................................
20
2.2.5
AENDERUNG
DER
MECHANISCHEN
EIGENSCHAFTEN
..........................................
21
2.3
VERBESSERUNG
DES
ANSPRECHVERHALTENS
VON
HYDROGELEN
....................................
22
2.3.1
QUELLUNTERSTUETZENDE
VERFAHREN
...............................................................
23
2.3.2
QUELLMINDERNDE
VERFAHREN
........................................................................
24
2.3.3
QUELLUNTERDRUECKENDE
VERFAHREN
...............................................................
25
2.4
KRAFTKOMPENSIERTE
HYDROGELSENSOREN
..................................................................
25
2.4.1
AUSSCHLAGS
VERSUS
KOMPENSATIONSMESSMETHODE
....................................
26
2.4.2
KRAFTKOMPENSIERTE
HYDROGELSENSOREN
......................................................
29
2.4.3
ZIEL
DER
ARBEIT:
INTRAMOLEKULARE
KRAFTKOMPENSATION
...........................
32
3
KRAFTKOMPENSATORISCHE
HYDROGELE
34
3.1
KLAERUNG
DER
ANFORDERUNGEN
AN
DAS
BISENSITIVE
GEL
............................................
34
3.2
MATERIALIEN
UND
METHODEN
....................................................................................
35
3.2.1
WAHL
FUNKTIONELLER
MONOMERE
..................................................................
35
3.2.2
WAHL
BISENSITIVER
NETZWERKKONFIGURATIONEN
..........................................
39
3.2.3
HYDROGELSYNTHESEN
....................................................................................
42
3.2.4
STATISCHES
QUELLVERHALTEN
........................................................................
47
3.2.5
DYNAMISCHES
QUELLVERHALTEN
.....................................................................
48
3.2.6
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
.....................................................................
49
3.3
MESSERGEBNISSE
......................................................................................................
51
3.3.1
COPOLYMER
NET-P(AA-CO-NIPAAM)
.........................................................
51
3.3.2
IPN
[NET-P(AMPS-CO-NIPAAM))-IPN-[NET-P(AMPS-CO-NIPAAM)]
...
54
3.3.3
SEMI-IPN
[NET-P(AMPS-CO-NIPAAM)]-SIPN-PAMPS
...........................
56
3.3.4
VERGLEICH
DER
KRAFTKOMPENSATORISCHEN
HYDROGELE
.................................
58
3.3.5
DYNAMISCHES
VERHALTEN
DES
AUSGEWAEHLTEN
SEMI-IPN-HYDROGELS
............
59
INHALTSVERZEICHNIS
4
SENSORENTWURF
UND
-AUFBAU
64
4.1
BEAUFSCHLAGUNG
DES
TEMPERATURSTIMULUS
.............................................................
65
4.1.1
MAGNETFELDERREGTE
ERWAERMUNG
VIA
MAGNETIT-PARTIKEL
...........................
65
4.1.2
ELEKTROTHERMISCHE
ERWAERMUNG
VIA
PELTIERELEMENT
.................................
70
4.1.3
VERGLEICH
DER
ANSAETZE
ZUR
TEMPERATURANREGUNG
.....................................
76
4.2
MESSUNG
DER
TEMPERATUR
IM
HYDROGEL
................................................................
77
4.3
REGLER
ZUR
KRAFTKOMPENSATION
...............................................................................
78
4.4
FESTLEGUNG
DES
ARBEITSPUNKTS
UND
KONSTRUKTIVE
SCHLUSSFOLGERUNGEN
...............
80
4.4.1
WAHL
DES
GEL-ARBEITSPUNKTS
......................................................................
80
4.4.2
WAHL
DER
BIEGEPLATTEN-VORAUSLENKUNG
....................................................
83
4.4.3
ERMITTLUNG
DER
ABMESSUNGEN
DES
HYDROGELDOTS
....................................
83
4.4.4
VORAUSBERECHNUNG
DER
GEOMETRISCHEN
SYNTHESEPARAMETER
.....................
85
4.5
HERSTELLUNG
DES
SORPTIV-MECHANISCHEN
WANDLERS
.................................................
87
4.5.1
HERSTELLUNG
EINES
HYDROGELDOTS
AUS
EINER
DUENNEN
HYDROGELSCHICHT
...
87
4.5.2
HERSTELLUNG
EINES
HYDROGELDOTS
MITTELS
PRAEGELITHOGRAFIE
.....................
88
4.5.3
VERGLEICH
DER
BEIDEN
HERSTELLUNGSVERFAHREN
...........................................
89
4.6
GESAMTAUFBAU
DES
SENSORS
.....................................................................................
90
5
MESSERGEBNISSE
92
5.1
MESSSTAND
UND
SENSORINITIALISIERUNG
...................................................................
92
5.1.1
AUTOMATISIERTE
BEAUFSCHLAGUNG
DES
ANALYTSTIMULUS
..............................
92
5.1.2
INITIALE
GELQUELLUNG
IN
DEN
SENSORARBEITSPUNKT
....................................
94
5.1.3
GELKONDITIONIERUNG
IM
SENSOR
...................................................................
94
5.2
BETRIEB
DER
SENSOREN
OHNE
KOMPENSATIONSMETHODE
...........................................
95
5.2.1
NACHWEIS
DES
ANALYTEMPFINDLICHEN
SENSORVERHALTENS
..............................
95
5.2.2
NACHWEIS
DES
TEMPERATURSENSITIVEN
SENSORVERHALTENS
...........................
98
5.2.3
STATISCHES
BISENSITIVES
QUELLVERHALTEN
IM
ARBEITSBEREICH
.....................
99
5.2.4
ZEITABHAENGIGES
BISENSITIVES
SENSORVERHALTEN
...........................................
100
5.3
REGLERENTWURF
FUER
SENSOREN
IM
KOMPENSATIONSMODUS
........................................
101
5.3.1
MODELLBILDUNG
...........................................................................................
101
5.3.2
REGLERENTWURF
..............................................................................................
104
5.4
BETRIEB
DER
SENSOREN
IM
KOMPENSATIONSMODUS
..................................................
107
5.4.1
ALLGEMEINE
SENSOREIGENSCHAFTEN
................................................................
107
5.4.2
VERKUERZUNG
DER
EINSTELLZEIT
......................................................................
109
5.4.3
EINFLUSS
DER
REGELPARAMETER
AUF
DIE
EINSTELLZEIT
....................................
112
5.4.4
HYSTERESEEFFEKTE
........................................................................................
113
5.4.5
LANGZEITSTABILITAET
........................................................................................
115
5.4.6
ERWEITERUNG
DES
MESSBEREICHS
...................................................................
117
5.4.7
SENSORKENNLINIE
...........................................................................................
117
6
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
120
6.1
ZUSAMMENFASSUNG
..................................................................................................
120
6.2
AUSBLICK
...................................................................................................................
123
XII
INHALTSVERZEICHNIS
A
ANHANG
126
A.L
VERWENDETE
SUBSTANZEN
ZUR
HYDROGELHERSTELLUNG
............................................
126
A.2
UNSICHERHEIT
DER
LONENKONZENTRATION
.................................................................
126
A.3
ERWAERMUNG
IM
MAGNETISCHEN
WECHSELFELD
........................................................
128
A.3.1
CHARAKTERISIERUNG
DER
PARTIKEL
...............................................................
128
A.3.2
PROBENHERSTELLUNG
....................................................................................
128
A.3.3
VERGLEICH
DES
QUELLVERHALTENS
MAGNETITBELADENER
UND
MAGNETITFREIER
HYDROGELE
....................................................................................................
129
A.3.4
INDUKTIONSERWAERMUNGSANLAGE
.................................................................
130
A.3.5
TEMPERATURVERLAEUFE
NACH
MAGNETFELDAUFSCHALTUNG
................................
131
A.3.6
BERECHNUNG
DES
WAERMEEINTRAGS
...............................................................
132
A.4
ELEKTROTHERMISCHE
ERWAERMUNG
......................................................................
133
A.4.1
BERECHNUNG
DER
THERMISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.........................................
133
A.4.2
NICHTLINEARITAET
DES
PELTIERELEMENTS
........................................................
134
A.5
STEMPELHERSTELLUNG
UND
-VORBEHANDLUNG
............................................................
134
A.6
MASSNAHMEN
ZUR
REDUKTION
VON
MESSARTEFAKTEN
..................................................
135
B
EIGENE
PUBLIKATIONEN
138
LITERATURVERZEICHNIS
140
XIII
|
| adam_txt |
INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOL
UND
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
XVI
1
EINFUEHRUNG
2
1.1
MOTIVATION
.
2
1.2
EIGENSCHAFTEN
UND
ANWENDUNGEN
VON
HYDROGELEN
.
4
2
GRUNDLAGEN
UND
STAND
DER
TECHNIK
12
2.1
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
DES
HYDROGEL
VERHALTENS
.
12
2.1.1
STATISCHES
QUELLVERHALTEN,
QUELLDRUCK
UND
QUELLUNGSGLEICHGEWICHT
.
.
12
2.1.2
QUELLKINETIK
UND
DIFFUSIONSPROZESSE
.
13
2.1.3
VISKOELASTISCHES
MATERIALVERHALTEN
.
15
2.2
HYDROGELE
ALS
SORPTIV-MECHANISCHE
WANDLER
FUER
SENSOREN
.
16
2.2.1
AENDERUNG
DER
ELEKTRISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.
18
2.2.2
AENDERUNG
DER
MAGNETISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.
18
2.2.3
AENDERUNG
DER
GRAVIMETRISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.
19
2.2.4
AENDERUNG
DER
OPTISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.
20
2.2.5
AENDERUNG
DER
MECHANISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.
21
2.3
VERBESSERUNG
DES
ANSPRECHVERHALTENS
VON
HYDROGELEN
.
22
2.3.1
QUELLUNTERSTUETZENDE
VERFAHREN
.
23
2.3.2
QUELLMINDERNDE
VERFAHREN
.
24
2.3.3
QUELLUNTERDRUECKENDE
VERFAHREN
.
25
2.4
KRAFTKOMPENSIERTE
HYDROGELSENSOREN
.
25
2.4.1
AUSSCHLAGS
VERSUS
KOMPENSATIONSMESSMETHODE
.
26
2.4.2
KRAFTKOMPENSIERTE
HYDROGELSENSOREN
.
29
2.4.3
ZIEL
DER
ARBEIT:
INTRAMOLEKULARE
KRAFTKOMPENSATION
.
32
3
KRAFTKOMPENSATORISCHE
HYDROGELE
34
3.1
KLAERUNG
DER
ANFORDERUNGEN
AN
DAS
BISENSITIVE
GEL
.
34
3.2
MATERIALIEN
UND
METHODEN
.
35
3.2.1
WAHL
FUNKTIONELLER
MONOMERE
.
35
3.2.2
WAHL
BISENSITIVER
NETZWERKKONFIGURATIONEN
.
39
3.2.3
HYDROGELSYNTHESEN
.
42
3.2.4
STATISCHES
QUELLVERHALTEN
.
47
3.2.5
DYNAMISCHES
QUELLVERHALTEN
.
48
3.2.6
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
49
3.3
MESSERGEBNISSE
.
51
3.3.1
COPOLYMER
NET-P(AA-CO-NIPAAM)
.
51
3.3.2
IPN
[NET-P(AMPS-CO-NIPAAM))-IPN-[NET-P(AMPS-CO-NIPAAM)]
.
54
3.3.3
SEMI-IPN
[NET-P(AMPS-CO-NIPAAM)]-SIPN-PAMPS
.
56
3.3.4
VERGLEICH
DER
KRAFTKOMPENSATORISCHEN
HYDROGELE
.
58
3.3.5
DYNAMISCHES
VERHALTEN
DES
AUSGEWAEHLTEN
SEMI-IPN-HYDROGELS
.
59
INHALTSVERZEICHNIS
4
SENSORENTWURF
UND
-AUFBAU
64
4.1
BEAUFSCHLAGUNG
DES
TEMPERATURSTIMULUS
.
65
4.1.1
MAGNETFELDERREGTE
ERWAERMUNG
VIA
MAGNETIT-PARTIKEL
.
65
4.1.2
ELEKTROTHERMISCHE
ERWAERMUNG
VIA
PELTIERELEMENT
.
70
4.1.3
VERGLEICH
DER
ANSAETZE
ZUR
TEMPERATURANREGUNG
.
76
4.2
MESSUNG
DER
TEMPERATUR
IM
HYDROGEL
.
77
4.3
REGLER
ZUR
KRAFTKOMPENSATION
.
78
4.4
FESTLEGUNG
DES
ARBEITSPUNKTS
UND
KONSTRUKTIVE
SCHLUSSFOLGERUNGEN
.
80
4.4.1
WAHL
DES
GEL-ARBEITSPUNKTS
.
80
4.4.2
WAHL
DER
BIEGEPLATTEN-VORAUSLENKUNG
.
83
4.4.3
ERMITTLUNG
DER
ABMESSUNGEN
DES
HYDROGELDOTS
.
83
4.4.4
VORAUSBERECHNUNG
DER
GEOMETRISCHEN
SYNTHESEPARAMETER
.
85
4.5
HERSTELLUNG
DES
SORPTIV-MECHANISCHEN
WANDLERS
.
87
4.5.1
HERSTELLUNG
EINES
HYDROGELDOTS
AUS
EINER
DUENNEN
HYDROGELSCHICHT
.
87
4.5.2
HERSTELLUNG
EINES
HYDROGELDOTS
MITTELS
PRAEGELITHOGRAFIE
.
88
4.5.3
VERGLEICH
DER
BEIDEN
HERSTELLUNGSVERFAHREN
.
89
4.6
GESAMTAUFBAU
DES
SENSORS
.
90
5
MESSERGEBNISSE
92
5.1
MESSSTAND
UND
SENSORINITIALISIERUNG
.
92
5.1.1
AUTOMATISIERTE
BEAUFSCHLAGUNG
DES
ANALYTSTIMULUS
.
92
5.1.2
INITIALE
GELQUELLUNG
IN
DEN
SENSORARBEITSPUNKT
.
94
5.1.3
GELKONDITIONIERUNG
IM
SENSOR
.
94
5.2
BETRIEB
DER
SENSOREN
OHNE
KOMPENSATIONSMETHODE
.
95
5.2.1
NACHWEIS
DES
ANALYTEMPFINDLICHEN
SENSORVERHALTENS
.
95
5.2.2
NACHWEIS
DES
TEMPERATURSENSITIVEN
SENSORVERHALTENS
.
98
5.2.3
STATISCHES
BISENSITIVES
QUELLVERHALTEN
IM
ARBEITSBEREICH
.
99
5.2.4
ZEITABHAENGIGES
BISENSITIVES
SENSORVERHALTEN
.
100
5.3
REGLERENTWURF
FUER
SENSOREN
IM
KOMPENSATIONSMODUS
.
101
5.3.1
MODELLBILDUNG
.
101
5.3.2
REGLERENTWURF
.
104
5.4
BETRIEB
DER
SENSOREN
IM
KOMPENSATIONSMODUS
.
107
5.4.1
ALLGEMEINE
SENSOREIGENSCHAFTEN
.
107
5.4.2
VERKUERZUNG
DER
EINSTELLZEIT
.
109
5.4.3
EINFLUSS
DER
REGELPARAMETER
AUF
DIE
EINSTELLZEIT
.
112
5.4.4
HYSTERESEEFFEKTE
.
113
5.4.5
LANGZEITSTABILITAET
.
115
5.4.6
ERWEITERUNG
DES
MESSBEREICHS
.
117
5.4.7
SENSORKENNLINIE
.
117
6
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
120
6.1
ZUSAMMENFASSUNG
.
120
6.2
AUSBLICK
.
123
XII
INHALTSVERZEICHNIS
A
ANHANG
126
A.L
VERWENDETE
SUBSTANZEN
ZUR
HYDROGELHERSTELLUNG
.
126
A.2
UNSICHERHEIT
DER
LONENKONZENTRATION
.
126
A.3
ERWAERMUNG
IM
MAGNETISCHEN
WECHSELFELD
.
128
A.3.1
CHARAKTERISIERUNG
DER
PARTIKEL
.
128
A.3.2
PROBENHERSTELLUNG
.
128
A.3.3
VERGLEICH
DES
QUELLVERHALTENS
MAGNETITBELADENER
UND
MAGNETITFREIER
HYDROGELE
.
129
A.3.4
INDUKTIONSERWAERMUNGSANLAGE
.
130
A.3.5
TEMPERATURVERLAEUFE
NACH
MAGNETFELDAUFSCHALTUNG
.
131
A.3.6
BERECHNUNG
DES
WAERMEEINTRAGS
.
132
A.4
ELEKTROTHERMISCHE
ERWAERMUNG
.
133
A.4.1
BERECHNUNG
DER
THERMISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.
133
A.4.2
NICHTLINEARITAET
DES
PELTIERELEMENTS
.
134
A.5
STEMPELHERSTELLUNG
UND
-VORBEHANDLUNG
.
134
A.6
MASSNAHMEN
ZUR
REDUKTION
VON
MESSARTEFAKTEN
.
135
B
EIGENE
PUBLIKATIONEN
138
LITERATURVERZEICHNIS
140
XIII |
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