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Die Produktion von elektronischen, optischen und elektro-mechanischen Mikro- und Nanosystemen stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik, um die Fertigungsprozesse zu optimieren und die Qualität zu prüfen. Existierende Messverfahren unterliegen Beschränkungen hinsichtlich des Auflösungsvermögens, der Messfeldgröße und des Ergebnisses der Messung. Der kombinierte Einsatz von Sensoren mit unterschiedlichen Fähigkeiten in den Auflösungsstufen mittels einer intelligenten Messstrategie ermöglicht eine effiziente Prüfung.
Neben den geeigneten Prüfstrategien werden auch Methoden zur Fusion und Auswertung der Daten von Sensoren mit unterschiedlichen Auflösungsfähigkeiten benötigt. Datenfusion bezeichnet dabei das Zusammenfügen verschiedener Messungen, um entweder unterschiedliche Eigenschaften eines Messobjekts in einem gemeinsamen Koordinatensystem angeben zu können oder um aus verschiedenen Messungen derselben Eigenschaft des Messobjekts einen Datensatz von höherer Qualität gegenüber den einzelnen Datensätzen zu erhalten. Voraussetzung für die Datenfusion ist Registrierung, die eine Überführung von Messdaten unterschiedlicher Messfelder oder Messmittel in ein gemeinsames Koordinatensystem darstellt und Thema dieses Beitrages ist.
Die Mikro- und Nanotechnologie gehört zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts mit hohen Wachstumsprognosen, wie auch die im Auftrag des BMBF durchgeführte Studie “Nanotechnologie als wirtschaftlicher Wachstumsmarkt” von 2004 ausführlich darstellt. Aus diesem Trend resultiert ein steigender Bedarf an Messsystemen, die Nanostrukturen prozessnah bzw. im Fertigungsprozess charakterisieren können. Virtuelle Messgeräte liefern Erkenntnisse zur Entwicklung neuartiger Messsysteme, Analyse und Optimierung bestehender Verfahren sowie die Bestimmung der Messunsicherheit und modellbasierten Korrektur systematischer Fehler. Der virtuelle Messprozess umfasst neben dem Messmittel auch die Probe und die Wechselwirkungen zwischen beiden. In diesem Beitrag werden virtuelle Messgeräte vorgestellt sowie deren Anwendung diskutiert.
The reverse electrodialysis heat engine (REDHE) is a promising salinity gradient energy technology, capable of producing hydrogen with an input of waste heat at temperatures below 100 °C. A salinity gradient drives water electrolysis in the reverse electrodialysis (RED) cell, and spent solutions are regenerated using waste heat in a precipitation or evaporation unit. This work presents a non-equilibrium thermodynamics model for the RED cell, and the hydrogen production is investigated for KCl/water solutions. The results show that the evaporation concept requires 40 times less waste heat and produces three times more hydrogen than the precipitation concept. With commercial evaporation technology, a system efficiency of 2% is obtained, with a hydrogen production rate of 0.38 gH2 m−2h−1 and a waste heat requirement of 1.7 kWh g−1H2. The water transference coefficient and the salt diffusion coefficient are identified as membrane properties with a large negative impact on hydrogen production and system efficiency. Each unit of the water transference coefficient in the range tw=[0–10] causes a −7 mV decrease in unit cell electric potential, and a −0.3% decrease in system efficiency. Increasing the membrane salt diffusion coefficient from 10−12 to 10−11 leads to the system efficiency decreasing from 2% to 0.6%
The presence of microplastic (MP) particles in aquatic environments raised concern About possible enrichment of organic and inorganic pollutants due to their specific surface and chemical properties. In particular the role of metals within this context is still poorly understood. Therefore, the aim of this work was to develop a fully validated acid digestion protocol for metal analysis in different polymers, which is a prerequisite to study such interactions.
The proposed digestion protocol was validated using six different certified reference materials in the microplastic size range consisting of polyethylene, polypropylene, acrylonitrile butadiene styrene and polyvinyl chloride. As ICP-MS/MS enabled time-efficient, sensitive and robust analysis of 56 metals in one measurement, the method was suitable to provide mass fractions for a multitude of other elements beside the certified ones (As, Cd, Cr, Hg, Pb, Sb, Sn and Zn). Three different microwaves, different acid mixtures as well as different temperatures in combination with different hold times were tested for optimization purposes.
With the exception of Cr in acrylonitrile butadiene styrene, recovery rates obtained using the optimized protocol for all six certified reference materials fell within a range from 95.9% ± 2.7% to 112% ± 7%. Subsequent optimization further enhanced both precision and recoveries ranging from 103% ± 5% to 107 ± 4% (U; k = 2 (n = 3)) for all certified metals (incl. Cr) in acrylonitrile butadiene styrene. The results clearly show the analytical challenges that come along with metal analysis in chemically resistant plastics. Addressing specific analysis Tools for different sorption scenarios and processes as well as the underlying kinetics was beyond this study’s scope. However, the future application of the two recommended thoroughly validated total acid digestion protocols as a first step in the direction of harmonization of metal analysis in/on MP will enhance the significance and comparability of the generated data. It will contribute to a better understanding of the role of MP as vector for trace metals in the environment.