Datengestützte Diagnostik der Wirkung von Oberflächeneffekten auf die Eigenschaften dielektrisch behinderter Entladungen

• Antragsteller: Dr. Markus Becker; Dr. Hans Höft
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535827833

Nicht-thermische Plasmen werden aufgrund der effizienten Erzeugung reaktiver Spezies mittels transienter Entladungen in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt. Eine gängige Methode zur Erzeugung dieser Plasmen ist die dielektrische behinderte Entladung (DBE). In DBE spielt die Wechselwirkung zwischen Plasma und Oberfläche eine bedeutende Rolle und ein detailliertes Verständnis des Einflusses des Dielektrikums auf die Plasmaeigenschaften ist essentiell für die Entwicklung und Optimierung aktueller Plasmaanwendungen u. a. in der Medizin, der Landwirtschaft und in der Luftreinigung. Um dieses Verständnis zu erlangen, ist eine direkte Kombination von Experiment und Modellierung ein vielversprechender Ansatz. Dafür wird im Rahmen des Projekts ein Ansatz zur datengetriebenen Diagnostik entwickelt, der Mess- und Simulationsdaten in einer gemeinsamen Datenbank integriert. Damit ergeben sich völlig neue Möglichkeiten zur systematischen Analyse komplexer Oberflächeneffekte, die im Rahmen des Projekts zur Beantwortung drängender Forschungsfragen genutzt werden sollen. Die Untersuchungen werden anhand einer Einzelfilament-DBE in N2-O2-Gasgemischen und Ar bei Atmosphärendruck durchgeführt. Für die experimentelle Entladungscharakterisierung werden schnelle elektrische Messungen mit optischer Diagnostik synchronisiert und von der THz-Zeitbereichsspektroskopie begleitet. Reaktionskinetische Modelle und räumlich aufgelöste Fluid-Simulationen erweitern maßgeblich die Entladungscharakterisierung. Die direkte Verknüpfung von Mess- und Simulationsdaten wird mittels einer gemeinsamen Datenbank mit einheitlichen Daten- und Metadatenformaten für alle gemessenen und berechneten Entladungsparameter ermöglicht. Methoden zur Verifizierung von Simulationscodes und zur Validierung von Modellen und experimentellen Daten werden entwickelt und angewendet, um die Zuverlässigkeit der Datenbank zu gewährleisten. Auf dieser Datengrundlage werden mittels systematischer Datenanalysen die Auswirkungen einzelner Oberflächeneffekte auf die unterschiedlichen Entladungsphasen der DBE analysiert und es so wird erforscht, ob die Oberflächeneffekte gemeinsam mit bereits bekannten Volumen-Effekten gezielt für eine Optimierung von Plasmaeigenschaften nutzbar gemacht werden können. Im Sinne von „Open Science“ werden die Datenbank und die Werkzeuge zur automatisierten Datenverarbeitung und datengetriebenen Forschung öffentlich zugänglich gemacht. Damit führt dieses Projekt neue Methoden zur Verifikation und Validierung von Forschungssoftware, Modellen und Messdaten ein und liefert neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung von anwendungsrelevanten Entladungen mit dielektrischen Oberflächen. Zudem sind die entwickelten Daten- und Metadatenformate wichtig, um die Zugänglichkeit und Wiederverwendbarkeit der Forschungsdaten zu gewährleisten, welches ein bedeutendes Thema in der wissenschaftlichen Gemeinschaft ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ronny Brandenburg