@inproceedings{BerndtLindnerSchreineretal., author = {Berndt, Dominik and Lindner, Matthias and Schreiner, Rupert and Pipa, Andrei V. and Hink, R{\"u}diger and Brandenburg, Ronny and Foest, R{\"u}diger and Geils, Judith and Sander, Aljoscha and Hoffmann, Florian and Matz, Daniel and Baars, Albert and Kesel, Antonia and Max, Alexander and Caspari, Ralf}, title = {Realization of Multifunctional Surfaces Containing MEMS-based DBD Plasma Actuators and Biomimetic Structures for Flow Manipulation}, series = {AIAA Aviation 2019 Forum, 2019, Dallas}, booktitle = {AIAA Aviation 2019 Forum, 2019, Dallas}, publisher = {American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc}, doi = {10.2514/6.2019-2999}, language = {en} } @inproceedings{LindnerBerndtPrommesbergeretal., author = {Lindner, Matthias and Berndt, Dominik and Prommesberger, Christian and Langer, Christoph and Schreiner, Rupert}, title = {Field emission assisted micro plasma discharges at vacuum and atmospheric pressures}, series = {31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018, Kyoto, Japan}, booktitle = {31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018, Kyoto, Japan}, doi = {10.1109/IVNC.2018.8520181}, pages = {2}, abstract = {Spatially confined non-equilibrium plasmas at vacuum and atmospheric pressure in the dimensions from a few microns to one millimeter are a promising approach to the generation and maintenance of stable glow discharges. The realization of these micro-discharges or micro-plasmas enable more accurate investigations in the field of micro plasma research. We report on field emission assisted micro plasmas excited by an alternating current with frequencies up to 1 kHz. Due to the field enhancement caused by an array of Si nano-tip structures the ignition voltage of stable plasma discharges can be reduced by 30\%.}, language = {en} } @inproceedings{BerndtLindnerTschurtschenthaleretal., author = {Berndt, Dominik and Lindner, Matthias and Tschurtschenthaler, Karl and Langer, Christoph and Schreiner, Rupert}, title = {Miniaturized Plasma Actuator Flow Measurements by MEMS-Based Thermal Conductivity Sensors}, series = {MDPI Proceedings of Eurosensors 2018, 9-12 September, Graz}, volume = {Vol.13}, booktitle = {MDPI Proceedings of Eurosensors 2018, 9-12 September, Graz}, number = {2}, doi = {10.3390/proceedings2130939}, abstract = {The gasflow created by a minaturized dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuator is measured by a MEMS-based thermal conductivity gas sensor giving an indication of flow velocity and flow direction. The possiblity of several sensors in a small area gives a far better accuracy of local flow phenomena compared to conventional sensors. This is important for a better understanding of plasma- induced flow characteristics.}, language = {en} } @inproceedings{SilberbauerLindnerSchreiner, author = {Silberbauer, Theodor and Lindner, Matthias and Schreiner, Rupert}, title = {Charakterisierung der dielektrischen Barrierenentladung von Mikroplasmaaktuatoren in Abh{\"a}ngigkeit der Substratdicke}, series = {Intelligente Systeme und ihre Komponenten: Forschung und industrielle Anwendung : Fachbeitr{\"a}ge 2. Symposium Elektronik und Systemintegration ESI 2020}, booktitle = {Intelligente Systeme und ihre Komponenten: Forschung und industrielle Anwendung : Fachbeitr{\"a}ge 2. Symposium Elektronik und Systemintegration ESI 2020}, address = {Landshut}, pages = {64 -- 72}, language = {de} } @article{BerndtMuggliHeckeletal., author = {Berndt, Dominik and Muggli, Josef and Heckel, Robert and Rahiman, Mohd Fuad and Lindner, Matthias and Heinrich, Stephan and Pl{\"o}chinger, Heinz and Schreiner, Rupert}, title = {A Robust Miniaturized Gas Sensor for H₂ and CO₂ Detection Based on the 3ω Method}, series = {Sensors}, volume = {22}, journal = {Sensors}, number = {2}, publisher = {MDPI}, address = {Basel}, doi = {10.3390/s22020485}, pages = {1 -- 17}, abstract = {Gas concentration monitoring is essential in industrial or life science areas in order to address safety-relevant or process-related questions. Many of the sensors used in this context are based on the principle of thermal conductivity. The 3ω-method is a very accurate method to determine the thermal properties of materials. It has its origin in the thermal characterization of thin solid films. To date, there have been very few scientific investigations using this method to determine the thermal properties of gases and to apply it to gas measurement technology. In this article, we use two exemplary gases (H2 and CO2) for a systematical investigation of this method in the context of gas analysis. To perform our experiments, we use a robust, reliable sensing element that is already well established in vacuum measurement technology. This helix-shaped thin wire of tungsten exhibits high robustness against chemical and mechanical influences. Our setup features a compact measurement environment, where sensor operation and data acquisition are integrated into a single device. The experimental results show a good agreement with a simplified analytical model and FEM simulations. The sensor exhibits a lower detection limit of 0.62\% in the case of CO2, and only 0.062\% in case the of H2 at an excitation frequency of 1 Hz. This is one of the lowest values reported in literature for thermal conductivity H2 sensors.}, language = {en} } @inproceedings{KnappLangerPrommesbergeretal., author = {Knapp, Wolfram and Langer, Christoph and Prommesberger, Christian and Lindner, Matthias and Schreiner, Rupert}, title = {Investigations of the transition from field electron emission to stable plasma discharge in a micro electron source at vacuum pressure}, series = {2017 30th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 10-14 July 2017, Regensburg, Germany}, booktitle = {2017 30th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 10-14 July 2017, Regensburg, Germany}, publisher = {IEEE}, doi = {10.1109/IVNC.2017.8051594}, pages = {166 -- 167}, abstract = {We report on the transition from field electron emission to plasma discharges. During an experiment with a miniaturized field emission electron source a plasma discharge accompanied by a luminous effect was observed. A novel graphical evaluation method was used to interpret and to compare the observed phenomenon.}, language = {en} } @inproceedings{EilerHoeglLindneretal., author = {Eiler, Julian and H{\"o}gl, Christina and Lindner, Matthias and Bachmann, Michael and Schreiner, Rupert}, title = {Miniaturized Surface Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators for Application in Chemical Analysis Systems}, series = {2023 IEEE 36th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 10-13 July 2023, Cambridge, MA, USA}, booktitle = {2023 IEEE 36th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 10-13 July 2023, Cambridge, MA, USA}, publisher = {IEEE}, isbn = {979-8-3503-0143-4}, doi = {10.1109/IVNC57695.2023.10188884}, pages = {40 -- 42}, abstract = {A new concept for a miniaturized planar ion source based on a surface dielectric barrier discharge (SDBD) is presented. A fabrication method based on a stamping process is described, and the plasma actuators are characterized based on their power in dependence of the applied voltage. The voltage for plasma ignition is approx. 1 kV with a maximum plasma power of 40 W/m at 3,4 kV.}, language = {en} } @article{LindnerPipaKarpenetal., author = {Lindner, Matthias and Pipa, Andrei V. and Karpen, Norbert and Hink, R{\"u}diger and Berndt, Dominik and Foest, R{\"u}diger and Bonaccurso, Elmar and Weichwald, Robert and Friedberger, Alois and Caspari, Ralf and Brandenburg, Ronny and Schreiner, Rupert}, title = {Icing Mitigation by MEMS-Fabricated Surface Dielectric Barrier Discharge}, series = {Applied Sciences}, volume = {11}, journal = {Applied Sciences}, number = {23}, publisher = {MDPI}, address = {Basel}, doi = {10.3390/app112311106}, pages = {1 -- 17}, abstract = {Avoiding ice accumulation on aerodynamic components is of enormous importance to flight safety. Novel approaches utilizing surface dielectric barrier discharges (SDBDs) are expected to be more efficient and effective than conventional solutions for preventing ice accretion on aerodynamic components. In this work, the realization of SDBDs based on thin-film substrates by means of micro-electro-mechanical-systems (MEMS) technology is presented. The anti-icing performance of the MEMS SDBDs is presented and compared to SDBDs manufactured by printed circuit board (PCB) technology. It was observed that the 35 mu m thick electrodes of the PCB SDBDs favor surface icing with an initial accumulation of supercooled water droplets at the electrode impact edges. This effect was not observed for 0.3 mu m thick MEMS-fabricated electrodes indicating a clear advantage for MEMS-technology SDBDs for anti-icing applications. Titanium was identified as the most suitable material for MEMS electrodes. In addition, an optimization of the MEMS-SDBDs with respect to the dielectric materials as well as SDBD design is discussed.}, language = {en} } @inproceedings{LindnerBerndtTschurtschenthaletal., author = {Lindner, Matthias and Berndt, Dominik and Tschurtschenthal, Karl and Ehrlich, Ingo and Jungbauer, Bastian and Schreiner, Rupert and Pipa, Andrei V. and Hink, R{\"u}diger and Foest, R{\"u}diger and Brandenburg, Ronny and Neuwirth, Daniel and Karpen, Norbert and Bonaccurso, Elmar and Weichwald, Robert and Max, Alexander and Caspari, Ralf}, title = {Aircraft Icing Mitigation by DBD-based Micro Plasma Actuators}, series = {AIAA AVIATION 2020 FORUM: June 15-19, 2020}, booktitle = {AIAA AVIATION 2020 FORUM: June 15-19, 2020}, doi = {10.2514/6.2020-3243}, abstract = {We present the application of plasma actuators as a technology for ice prevention at airfoils. The miniaturized dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators (PA) were fabricated by means of microelectromechanical systems (MEMS). We elucidate how to make the actuator samples scalable and applicable to any desired shape by the use of flexible inorganic zirconia substrates. For this purpose, we applied our developed embedding method to integrate the micro actuators in modern carbon/glass fiber reinforced polymer (CFRP/GFRP) materials. Next, the embedded actuator samples were mounted on a mechanical air profile-like fixture and placed in the icing wind tunnel iCORE. The samples were tested in rime ice conditions at temperatures of -15 to -20° C and air speeds up to 30 m/s. Unlike other groups we used a thin film zirconia substrate as dielectric for the plasma actuator. Due to the low substrate thickness of just 150 µm, an operating voltage of 2 kVRMS is already sufficient enough for a stable plasma formation. The experiments show that the operated actuator was able to prevent the ice formation and first indications of a De-icing function were also found. Hence, we show that it is feasible to realize an anti-icing system with zirconia-based plasma actuators operated at lower voltages compared to conventional ones.}, language = {en} } @inproceedings{LindnerBerndtJungbaueretal., author = {Lindner, Matthias and Berndt, Dominik and Jungbauer, Bastian and Ehrlich, Ingo and Schreiner, Rupert and Pipa, Andrei V. and Hink, R{\"u}diger and Foest, R{\"u}diger and Brandenburg, Ronny and Max, Alexander and Caspari, Ralf}, title = {Fabrication, surface integration and testing of miniaturized dielectric barrier discharge plasma actuators for active flow control applications}, series = {AIAA Aviation 2019 Forum, 17-21 June 2019, Dallas, Texas}, booktitle = {AIAA Aviation 2019 Forum, 17-21 June 2019, Dallas, Texas}, doi = {10.2514/6.2019-2998}, language = {en} } @article{LindnerPipaBrandenburgetal., author = {Lindner, Matthias and Pipa, Andrei V. and Brandenburg, Ronny and Schreiner, Rupert}, title = {Expansion of surface barrier discharge scrutinized}, series = {Plasma Sources Science and Technology}, volume = {31}, journal = {Plasma Sources Science and Technology}, number = {10}, publisher = {IOP Publishing}, doi = {10.1088/1361-6595/ac95bf}, abstract = {Developing the fundamentals for the electrical diagnostics of surface dielectric barrier discharges (SDBDs) is of enormous importance for several applications, for example, flow control and gas cleaning. The main challenge is to account for the discharge expansion along the dielectric surface. Typically, a linear expansion with the amplitude of the applied voltage is observed. In this work, we report on a step-wise SDBD expansion along the Al 2 O 3 dielectric surface. More specific, the discharge occupied a certain area after ignition, which remained constant until the voltage exceeded the critical amplitude V L . This absence of expansion is seen as a linear dependence of the discharge power on the applied voltage and it was additionally confirmed by photographs with long exposure times. This novel phenomenon is more pronounced for thicker dielectrics. It is suggested that the derivative of the charge-voltage characteristics can be used for the determination of all essential parameters of the simplest equivalent circuit of SDBDs. Moreover, it was shown that the derivative of the charge-voltage characteristics for the positive half-cycle of the discharge agrees numerically with the voltage dependence of the reactor capacitance derived from photographs. This agreement between both measurement methods indicates a similar step-wise expansion of the SDBD even if a voltage amplitude above V L is applied. …}, language = {en} } @phdthesis{Lindner, author = {Lindner, Matthias}, title = {Miniaturisierte dielektrische Barrierenentladungen und ihre Anwendung f{\"u}r das Anti- bzw. De-Icing von aerodynamischen Oberfl{\"a}chen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:384-opus4-1118933}, pages = {XI, 155}, abstract = {Das grundlegende physikalische Verst{\"a}ndnis und die kontinuierliche Weiterentwicklung von dielektrischen Oberfl{\"a}chenbarrierenentladungen (SDBDs) sowie der damit erbundenen elektrischen Diagnostik, sind f{\"u}r eine Vielzahl von Niedertemperaturplasmaanwendungen von entscheidender Bedeutung. In Bezug auf die Anwendung dieser Plasmatechnologie in der Luftfahrt liegt neben der bereits umfassend erforschten aktiven Str{\"o}mungskontrolle zunehmend der Schwerpunkt auf der Vermeidung von Eisablagerungen auf aerodynamischen Komponenten. Die Bildung von Eis auf Oberfl{\"a}chen wie zum Beispiel den Tragfl{\"a}chen kann unter extremen Wetterbedingungen erhebliche Leistungsdefizite hervorrufen und zu ernsthaften Sicherheitsrisiken f{\"u}hren. In Anbetracht der signifikanten Vorteile gegen{\"u}ber traditionellen Enteisungsmethoden steht die Erforschung von SDBDs im Mittelpunkt des anwendungsorientierten Abschnitts dieser Arbeit. Vorliegende Arbeit untergliedert sich in einen grundlegenden und einen anwendungsbezogenen Teil. Darin werden sowohl die physikalischen Eigenschaften und Prozesse von SDBDs analysiert als auch ihre potenziellen Anwendungen in Bezug auf Flugsicherheit und Effizienz untersucht. Die wissenschaftliche Forschung hat in der Vergangenheit erhebliche Anstrengungen unternommen, um ein umfassendes Verst{\"a}ndnis der physikalischen Vorg{\"a}nge, die im Zusammenhang mit SDBDs stehen, zu erarbeiten. Insbesondere die pr{\"a}zise Bestimmung der r{\"a}umlichen Ausdehnung der Entladung entlang der dielektrischen Oberfl{\"a}che - die {\"u}blicherweise in direkter Proportionalit{\"a}t zur Amplitude der angelegten Spannung steht - ist hierbei eine herausfordernde Aufgabe. Diese umfangreichen Studien sind essenziell, um die Entladungseigenschaften und die grundlegenden physikalischen Prozesse zu verstehen, was erhebliche Anwendungspotenziale er{\"o}ffnet. Parallel zu diesen grundlegenden Studien hat sich auch der praktische Einsatz von SDBDs zur Verhinderung der Eisbildung auf aerodynamischen Bauteilen bedeutend weiterentwickelt. Untersuchungen legen nahe, dass L{\"o}sungen auf Basis von SDBDs im Vergleich zu konventionellen Enteisungsmethoden, wie beispielsweise chemischen Enteisungsmitteln oder thermischen Systemen, ein h{\"o}heres Effizienz- und Wirkungspotential besitzen k{\"o}nnten. Allerdings wurden bisherige Entwicklungen von SDBDs haupts{\"a}chlich auf Basis der Leiterplattentechnologie realisiert, was bestimmte Begrenzungen in Bezug auf ihre Anwendbarkeit f{\"u}r Anti-Icing- Technologie mit sich bringt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die sequentielle Ausbreitung der SDBD-Entladung entlang der dielektrischen Al2O3-Oberfl{\"a}che systematisch analysiert. Die durchgef{\"u}hrten experimentellen Untersuchungen zeigten, dass die Entladungen unmittelbar nach dem Erreichen der Z{\"u}ndspannung einen fest definierten Bereich belegen, der bis zum Erreichen einer kritischen Spannungsamplitude VL stabil bleibt. Anzumerken ist auch, dass das Ausbleiben der Plasmaausbreitung innerhalb dieses Spannungsbereichs zu einer linearen Korrelation zwischen der Entladungsleistung und der angelegten Spannungsamplitude f{\"u}hrt. Diese tiefergehenden Einblicke in die Dynamik der Entladung k{\"o}nnen dazu beitragen, den Einsatz von SDBDs in diversen Anwendungsbereichen effizienter zu gestalten. Im zweiten Teil der Arbeit steht die Entwicklung und Implementierung eines innovativen Ansatzes zur Realisierung von SDBDs im Vordergrund, der auf der Nutzung von D{\"u}nnschichtsubstra-Vten und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) basiert. Die Verwendung dieser Technologie erlaubt einen pr{\"a}ziseren Design- und Fertigungsprozess von Elektrodenstrukturen, was sich positiv auf die Effizienz der Enteisung auswirken kann. Zur Beurteilung des Anti-Icing-Potenzials der entwickelten MEMS-SDBDs wurde ein direkter Vergleich mit konventionellen PCB-SDBDs durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die 35 μm dicken Elektroden der PCB-SDBDs eine Oberfl{\"a}chenvereisung f{\"o}rdern, die vorrangig durch die Elektrodenkanten induziert wird. Im Gegensatz dazu wurde dieser Effekt bei den deutlich d{\"u}nneren, lediglich 0.3 μm dicken, mittels MEMS gefertigten Elektroden nicht festgestellt. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass SDBDs, die mit MEMS-Technologien gefertigt wurden, einen signifikanten Vorteil in Anti-Icing-Anwendungen aufweisen k{\"o}nnten und stellen somit einen wesentlichen Fortschritt in der Forschung und Anwendung von SDBDs dar. Die in dieser Arbeit vorgelegten Forschungsergebnisse und innovativen Methoden liefern zahlreiche neue Erkenntnisse, die das Potential besitzen, sowohl das Verst{\"a}ndnis als auch die Anwendung von SDBDs wesentlich zu erweitern. So best{\"a}tigen die Langzeitbelichtungsaufnahmen das neu entdeckte Ph{\"a}nomen einer sequenziellen Ausbreitung des Entladungsplasmas, das bei SDBDs mit dickeren Dielektrika st{\"a}rker ausgepr{\"a}gt ist. Eine neu entwickelte Methodik erm{\"o}glicht die Anwendung der Ladungs-Spannungs-Charakteristik von SDBDs, um essenzielle Parameter f{\"u}r ein vereinfachtes Ersatzschaltbild abzuleiten. Dar{\"u}ber hinaus wurde eine bemerkenswerte numerische {\"U}bereinstimmung zwischen der Ladungs-Spannungs-Charakteristik f{\"u}r den positiven Halbzyklus der Entladung und der aus den optischen Aufnahmen abgeleiteten spannungsabh{\"a}ngigen Reaktorkapazit{\"a}t festgestellt. Diese Erkenntnisse {\"o}ffnen neueWege f{\"u}r die Optimierung und Anwendung von SDBDs in verschiedenen technischen Bereichen. Weiterhin identifizierte die durchgef{\"u}hrte Erosionsstudie Titan als optimal geeignetes Material f{\"u}r MEMS-Elektroden aufgrund seiner hohen Korrosionsbest{\"a}ndigkeit und ausgezeichneten elektrischen Leitf{\"a}higkeit. Es wurden auch Potentiale zur Optimierung von MEMS-SDBDs durch die Auswahl geeigneter dielektrischer Materialien und geeigneter SDBD-Geometrien aufgezeigt. Eine solche Optimierung k{\"o}nnte die Enteisungseffizienz weiter verbessern, indem beispielsweise die dielektrischen Eigenschaften an die spezifischen Anwendungsanforderungen angepasst werden. Innovative Designkonzepte, wie eine gezielte Anordnung der Elektroden oder die Integration von Sensoren zur {\"U}berwachung des Enteisungsprozesses, k{\"o}nnten ebenfalls zur Leistungsf{\"a}higkeit und Zuverl{\"a}ssigkeit von MEMS-SDBDs beitragen. Ein weiterer bedeutender Aspekt ist die Anwendung von Piezotransformatoren zur Generierung der ben{\"o}tigten Hochspannung f{\"u}r SDBD-Systeme. Dieser innovative Ansatz k{\"o}nnte die Effizienz des auf SDBD-Technologie basierenden Enteisungsverfahrens optimieren und somit zur Verbesserung der Leistungsf{\"a}higkeit und Sicherheit von Flugzeugen unter extremen Wetterbedingungen beitragen. Das Forschungsfeld bietet viel Raum f{\"u}r zuk{\"u}nftige Studien, was die Bedeutung und Zukunftsrelevanz der in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse hervorhebt.}, subject = {Kaltes Plasma}, language = {de} }