Synthese und Charakterisierung neuer keramischer Sensormaterialien zur Messung von Temperaturen und Gaszusammensetzungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In Hochtemperaturprozessen wie z.B. Verbrennungssystemen werden Reaktionsräume in aller Regel durch feste Wände begrenzt. Eine genaue Kenntnis der lokalen Wandtemperatur ist daher von großer Bedeutung, sowohl um Rückschlüsse auf die Wärmeverluste ziehen zu können, als auch, um maximal zulässige Materialtemperaturen nicht zu überschreiten. Zusätzlich zu der Wandtemperatur sind weitere Parameter zur Charakterisierung von Hochtemperaturprozessen von Interesse. Hierzu zählt z.B. die Sauerstoffkonzentration in unmittelbarer Nähe der Wand. Die spektroskopischen Lumineszenzeigenschaften von speziellen Phosphoren zeigt eine Abhängigkeit von der Temperatur und teilweise von oberflächennahen Sauerstoffkonzentrationen. Diese Eigenschaften können für sensorische Zwecke genutzt werden. In diesem Projekt wurden Phosphore mit dem Ziel synthetisiert, sowohl die Messung von heißen Oberflächen in verbrennungstechnischen Umgebungen mit hoher Präzision und Zeitauflösung als auch die Messung oberflächennaher Sauerstoffkonzentrationen zu ermöglichen. Für einen dieser Phosphore, GGG:Cr, wurde darüber hinaus ein Sputterverfahren entwickelt, um dünne Schichten mit hoher thermischer, chemischer und mechanischer Stabilität zu erzeugen. Die Phosphore wurde beispielhaft angewendet, um das Potential der Methode unter Beweis zu stellen. Das Projekt kann folglich in die drei folgenden Schwerpunkte untergliedert werden: • Synthese von Phosphoren mit „anwenderspezifischen“ Eigenschaften zur Temperaturabhängigkeit und Sauerstoffabhängigkeit. Dies beinhaltet immer auch eine umfangreiche Charakterisierung (Dotierung, Kristallstruktur, spektroskopische Eigenschaften für die Sensorik); • Beschichtung von Oberflächen; • Anwendung der Phosphore. Weitere aus dem Projekt heraus entstandene Arbeiten sind z.B. die neue Anwendung von „Hochgeschwindigkeits-Oberflächentemperaturmessungen“ oder neue Ansätze zur Auswertung von Phosphoreszenz-Abklingzeiten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A survey of phosphors novel for thermography; Journal of Luminescence 131, 559 – 564 (2011)
J. Brübach, T. Kissel, M. Frotscher, B. Albert, A. Dreizler
- High-speed phosphor thermometry; Rev. Sci. Instr. 82, 104903 (2011)
N. Fuhrmann, E. Baum, J. Brübach, A. Dreizler
- The spectrally resolved luminescence decay of thermographic phosphors; Meas. Sci. Technol. 22, 083001 (2011)
M. Euler, T. Kissel, A. Dreizler, J. Brübach
- On surface temperature measurements with thermographic phosphors;Prog. EnergyCombust. Sci. 39, 37 – 60 (2013)
J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, B. Atakan
- Phosphor thermometry: On the synthesis and characterisation of Y 3 Al 5 O 12 :Eu (YAG:Eu) and YAlO 3 :Eu (YAP:Eu); Materials Chemistry and Physics 140, 435 – 440 (2013)
T. Kissel, J. Brübach, M. Euler, M. Frotscher. C. Litterscheid, B. Albert, A. Dreizler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2013.02.065) - Spectral decomposition of phosphorescence decays;Rev. Sci. Instrum 84, 114902 (2013)
N. Fuhrmann, J. Brübach, A. Dreizler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4828353) - Cylinder head temperature determination using-high-speed phosphor thermometry in a fired internal combustion engine;Appl. Phys. B 2014, Volume 116, Issue 2, pp.293-303
N. Fuhrmann, C. Litterscheid, C.-P. Ding, J. Brübach, B. Albert, A. Dreizler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00340-013-5690-0) - Surface thermometry in combustion diagnostics by sputtered thin films of thermographic phosphors. Appl. Phys. B (2014)
J. Pareja, C. Litterscheid, B. Kaiser, M. Euler, N. Fuhrmann, B. Albert, A. Molina, J. Ziegler, A. Dreizler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00340-014-5803-4)
