Planarer Mikrobrenner in Mikrosystemtechnik

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jörg Müller
• Subject Area: Microsystems
• Term: from 2005 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 12917989

Ziel des Vorhabens ist der Entwurf, Aufbau und die Charakterisierung eines neuartigen verkapselten Mikrobrenners als planares Mikrosystem mit einem Volumenbedarf von weniger als 100 mm3 in einem Glas-Silizium-Glas-Sandwich für die Anwendung als Flammen-Ionisations- ggf. auch - Emissionsdetektor, als Magneto-Hydro dynamischer Generator sowie für die Brennwertbestimrnung von Gasen. Im Gegensatz zu bisher bekannten Lösungen soll die Flamme in der Siliziumebene zwischen zwei zur Unterdrückung der thermischen Abstrahlung verspiegelten Glassubstraten geführt und das Abgas durch einen im System integrierten Kühler kondensiert und durch lokal hydrophile Oberflächen abgeführt werden. Düsen und Zuführungen für Brenner, Probenzufuhr, Rückkühler, Massenflussregelung und Brennkammer sollen durch anisotropes Plasmaätzen des Siliziumsubstrates in einer Maskenebene erzeugt werden. Als Flammenionisationsdetektor soll das System neben dem Probeninjektor elektrisch abgeschirmte Elektroden für eine hohe Nachweis-Empfindlichkeit enthalten. Für die Brennwertbestimmung ist die Integration einer Temperaturdifferenzmessung auf Basis von Pt-Widerständen, für den MHD-Generator neben den Klemmen-Elektroden jeweils zur Erzeugung einer hohen Lorentzkraft SE-Magnete außerhalb der Glassubstrate beiderseits der Flamme der planaren Struktur vorgesehen. Als Brenngas für den lonisationsdetektor dient Knallgas, erzeugt in einer auf der Elektrolyse von Wasser basierenden Mikrobrennstoffzelle, für den MHDGenerator zur Gewährleistung einer hohe lonenstromdichte Acetylen. Die besonderen Vorteile dieser Systeme liegen neben dem geringen Medien-, Energie- und Platzbedarf und der geringen Menge und genauen Dosierbarkeit der Substanzen insbesondere in der bis auch einen Abgaskanal verschlossenen planaren Anordnung und der geringen Wärmeerzeugung und -kopplung an die Umgebung. Alle die Strömungen und Drücke kontrollierenden Komponenten und Strukturen werden über eine Maskenebene mit Lithographie und anisotropen Plasma-Ätztechniken in der Siliziumebene erzeugt. Durch diese planare Anordnung und thermische und elektrische Abschirmung können diese Systeme - der Flammionisationsdetektor z.B. in einen Gaschromatographen - auch in geschlossene Mikrosysteme mit einer unmittelbar kompatiblen Technik direkt integriert und störende Einflüsse auf das oder verursacht durch das System nahezu vollständig unterdrückt werden.

• DFG Programme: Research Grants