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In this work, thin iron doped tin oxide layers (3–6 nm) were investigated with regard to gas sensitivity by means of surface plasmon resonance (SPR) effect with ellipsometric readout. The experimental set-up was a Kretschmann configuration with gold as metal layer. The sensor system was exposed to different concentrations of methane in the low ppm range and the sensor response of an uncoated gold layer compared to a gold layer coated with iron doped tin oxide. The additional layer effects stability with regard to drift behavior of the sensor and an increase in sensitivity. Furthermore, the sensor is able to detect the toxic gas carbon monoxide in low concentration range (down to 0.5 ppm). The thin layers were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy, secondary electron microscopy and spectroscopic ellipsometry. The possible mechanisms taking place on the surface are discussed.
A gas sensor system based on the surface plasmon resonance (SPR) effect in a 44 nm Au layer was studied. The usability of this sensor system was investigated for several analyte gases and gas mixtures which are interesting due to their flammability, toxicity or greenhouse effect. The SPR effect of gold was measured in nitrogen and compared with the gaseous alkane series which caused a shift of the position of the SPR effect. For in situ measurements, the phase shift Δ at the SPR angle (ψ minimum) in the analyte gas mixtures was measured for investigated gases in comparison with nitrogen. With this method, detection limits of different gases could be determined, which lie in a range interesting for safety engineering. Furthermore the aging effect of the gold layers which leads to loss in sensitivity of the sensor was investigated.
The molecular dynamics of the discotic liquid crystal pyrene-1,3,6,8-tetracarboxylic tetra(2-ethylhexyl)ester is studied by dielectric relaxation and specific heat spectroscopy. Dielectric spectroscopy shows 3 processes: a β-relaxation at low temperatures and an α-relaxation in the temperature range of the mesophases followed by conductivity. The dielectric α-relaxation is assigned to a restricted glassy dynamics in the plastic crystal as well as in the liquid crystalline phase. The obtained different Vogel–Fulcher–Tammann laws (different Vogel temperatures and fragility) are related to the different restrictions of the dipolar fluctuations in the corresponding phases. By means of specific heat spectroscopy glassy dynamics is also detected in the plastic crystalline phase but with quite a different temperature dependence of the relaxation times. This is discussed considering the different probes involved and how they are influenced by the structure. In the frame of the fluctuation approach a correlation length of glassy dynamics is calculated to 0.78 nm which corresponds to the core–core distance estimated by X-ray scattering.
An ellipsometric gas sensor based on the surface Plasmon resonance (SPR) effect of ~ 43 nm thick gold layers was investigated. To protect the gold layer from contamination and to improve the detection limits, the gold layers were top-coated with 5–6 nm thick layers of organic a-C:H or with inorganic metal oxides TiO2 or ZrO2. The additional layers increased the long-term stability, whereas the metal oxide layers protect better than a-C:H. Furthermore, the additional layers decreased the detection limits by one order of magnitude in case of a-C:H and two orders of magnitude in case of the oxides. It could be shown that the detection limits also depend on the kind of preparation (sol–gel process or physical vapour deposition) of the additional layers.
Zusammenfassung
Die Anwendung des Ultraschallecho-Verfahrens zur Hohlstellenortung in Holzbalken wird beschrieben.
An Hand der Versuchsergebnisse wird der Einfluss der Anisotropie des Holzes auf die Messkopfanordnung und Schallgeschwindigkeit dargestellt. Mit der optimierten Messanordnung ist die erfolgreiche Detektierung von Nachbildungen von Minderdicken und Kernfäule möglich. Besonders klar sind Schäden in Faserrichtung (Kernfäulenachbildung) nachzuweisen. Die sehr guten Ergebnisse zeigen die Anwendbarkeit des Ultraschallecho-Verfahrens an Holz.
Der maßgebliche Einfluss turbulenter Strömungsbewegungen auf den Ablauf von
Explosionen ist bereits seit längerem bekannt. Wegen der Schwierigkeit, Betrag und
Richtung der turbulenten Schwankungsgeschwindigkeit in-situ zu messen, existieren
jedoch nur wenige diesbezügliche experimentelle Daten.
Es wurde deshalb eine aus drei Glassegmenten bestehende Versuchsapparatur mit
etwa 100 l Volumen und einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von 4,7 errichtet, die
die gleichzeitige Messung der Strömungsgeschwindigkeit und deren turbulenter
Fluktuation, der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme, der zeitlichen Entwicklung
des Explosionsdruckes sowie im Falle von Staubexplosionen der Staubkonzentration
erlaubte.
Die Glassegmente wurden durch Metallflansche verbunden, an welche insgesamt
sechzehn gleichmäßig über Umfang und Höhe verteilte Ventilatoren zur kontrollierten
Erzeugung eines Turbulenzfeldes montiert waren.
Die Explosionsversuche wurden mit einem Propan-Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch
sowie mit einem Maisstärke-Luft-Gemisch durchgeführt. Die Zündung der
explosionsfähigen Gemische erfolgte durch einen Hochspannungsfunken.
Als Berstfolien wurden zwei Polyethylenfolien (Dicke 10 und 15 µm) und drei
Aluminiumfolien (Dicke 15, 20 und 22 µm) verwendet.
Die Versuche zeigten sowohl bei Gas- als auch bei Staubexplosionen eine Zunahme
des reduzierten Explosionsdruckes für wachsende turbulente Schwankungs-geschwindigkeiten
im Bereich von 0 m/s bis 0,45 m/s. Diese Zunahme war
besonders ausgeprägt für verhältnismäßig kleine Entlastungsflächen (Durchmesser <
70 mm) bei geringen Ansprechdrücken (Polyethylenfolie), während für höhere
Ansprechdrücke (Aluminiumfolie) der Einfluss der Turbulenz zurückging.
Zur Ergänzung der Experimente wurden Simulationsrechnungen mit dem
Computational Fluid Dynamics-Programm Fluent6 unternommen. Diese Rechnungen
dienten der Validierung der den Programmen zugrunde liegenden Modelle im
Hinblick auf ihre Anwendbarkeit zur Berechnung von Explosionsabläufen in
technischen Anlagen. Es konnte eine realistische Wiedergabe der Druck-Zeit-Verläufe
durch die Rechnungen erreicht werden.
The silicon based semiconductor structure Si/SiO2/Si3N4/LaF3/Pt can be used as a potentiometric oxygen sensor working at room temperature. A thermal re-activation can be applied to overcome the earlier disadvantage of an increase in response time with continuous use. Using the Pt gate electrode as a resistive heater, very short electrical high-power pulses can be applied. A heating time as short as 300 ns was sufficient for the re-activation of the sensor. This way, only the sensitive thin layer system LaF3/Pt was heated, and the whole sensor was at room temperature immediately after heating. Impedance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and quadruple mass spectrometric (QMS)thermogravimetry (TG) were used to investigate the mechanism of deterioration in dynamic sensor behaviour and re-activation. The formation of hydrated carbonate and the desorption of CO2 and H2O have been shown to be the causes.
Experiments were performed on the influence of pre-ignition turbulence on the course of vented gas and dust explosions. A vertical cylindrical explosion chamber of approximately 100 l volume and a length-to-diameter ratio (l/d) of 4.7 consisting of a steel bottom segment and three glass sections connected by steel flanges was used to perform the experiments. Sixteen small fans evenly distributed within the chamber produced turbulent fluctuations from 0 to 0.45 m/s. A Laser-Doppler-anemometer (LDA) was used to measure the flow and turbulence fields. During the experiments the pressure and in the case of dust explosions the dust concentration were measured. In addition, the flame propagation was observed by a high-speed video camera. A propane/nitrogen/oxygen mixture was used for the gas explosion experiments, while the dust explosions were produced by a cornstarch/air mixture.
It turned out that the reduced explosion pressure increased with increasing turbulence intensity. This effect was most pronounced for small vents with low activation pressures, e.g. for bursting disks made from polyethylene foil. In this case, the overpressure at an initial turbulence of 0.45 m/s was twice that for zero initial turbulence.
Kurzfassung
Die Anwendung niederfrequenter Ultraschall-Echotechnik mit Longitudinal- und Transversalwellen für die Materialuntersuchung von Holzbauteilen wird beschrieben. Weiterhin wird der Einfluss der Holzfasern auf die Schallgeschwindigkeiten und Oberflächenwellen an Hand von Messergebnissen aufgezeigt. Die Leistungsfähigkeit des Ultraschall-Echoverfahrens an ungeschädigten Holzkörpern und Körpern mit eingebrachten Bohrungen in Faserrichtung (Kernfäulnissimulation) wird dargestellt. Es ist zudem möglich, bei koppelmittelfreier Ankopplung mit Transversalwellen indirekt Fäulnis von der ungeschädigten Bauteilseite aus zu orten. Als Referenzverfahren werden die Bohrwiderstandsmethode oder die Röntgendurchstrahlung eingesetzt.
In diesem Beitrag wird die Anwendung von Radiographiesystemen zum Auffinden von Holzschäden beschrieben. Die Anlage besteht aus einer mobilen Röntgenblitzröhre und einem digitalen Radiographiesystem mit Speicherfolie oder einem Flachdetektor. An Hand der durchgeführten Versuche an Laub- und Nadelbäumen sowie an Eichenbalken der Marienkirche der Lutherstadt- Wittenberg wird die Detektion innerer Schäden gezeigt.