374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

9
1 IfU GmbH University . Lichtenau Dortmund IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004 ! " # $ $ % % & & ( ( $) $) * * +,,- +,,- . . IfU GmbH University . Lichtenau Dortmund IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004 IfU Diagnostic Systems GmbH Acoustooptic Spectrometer (AOS) Motivation of Experiments Reactor Concept Imaging Spectrometer Spectroscopy Results Yield and Chemical Conversion Conclusion and Future Work

Transcript of 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

Page 1: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

1

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

����������� ���������������������������������� �����������������������

�� �������������������� ���� ��� ��� �������������������� ���� ��� �

��� ����������� ���� ����������� �

������������� ����������������������� �������������������

������������ ������������������������� ��!� ���������� ���������"#�������� ������

�����$������$�%%������&�������������������&�������������������'�����'�����(( ����������������$�)���������������$�)�����**

+,,-����+,,-�����.����������.���������

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

������������

• IfU Diagnostic Systems GmbH

• Acoustooptic Spectrometer (AOS)

• Motivation of Experiments

• Reactor Concept

• Imaging Spectrometer

• Spectroscopy Results

• Yield and Chemical Conversion

• Conclusion and Future Work

Page 2: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

2

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

������ �������������������������� ��!�������� ��!

Developer, Producer and Distributor of Fast Optical Emission Spectrometer based on

AOTF (acoustooptic tunable filter)

IfU Diagnostic Systems GmbH

� Gottfried-Schenker-Str. 18 09244 Lichtenau

� (+49) 037 208 / 889 0� (+49) 037 208 / 889 29� www.ifu.de oder [email protected]

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

• imaging spectroscopy at large area applications

• monitoring of voluminous plasma processes

• multi chamber magnetron sputtering

• process control at different regions inside the discharge

• pulsed magnetron sputtering processes

• periodic rf/mf applications

• process control

������������ ����������������� ��������������������� ����������������� � �� ������������� �������������

Time resolution

����Light sensitivity

����Spatial resolution

} twodimensional

Aperture

8x8 mm²

Page 3: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

3

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

������������������ �� ���������� �� � �� ���������� �� � ����������������������� �������������������� ���������� ����������������������� �������������������� ����������

fourfour--channelchannelsinglesingle--channelchannel

videovideoTechnical parameters AOS 4(5) spectral range 245 nm ......800 nmspectral resolution 0.05nm @ 250nm ,

0.5nm @ 800nmwavelength access 5(1) millisecondstime resolution in 200(10) ns pulse mode size 19” rack, height 4

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

!- ⇔ �/�+!+ /0-��12���

�+ ⇔ �/��+ /-,3��12���

+ �/��+ ⇔ + � (+-3��12���

4444444444444444444444444444444444

!- /� �+ ⇔ + ��/�+!+/+--��12��

����������������

• Green house effect – reduction of Carbon dioxide

• Plasma activation of CO2

• CO2 can be used for chemical synthesis

• Optical emissionspectroscopy forprocess control

• Optimisation of homogeneousactiovation usingimaging spectroscopy

Page 4: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

4

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

plas

ma

sour

cere

actio

ntu

bere

acto

r hea

dpl

asm

a so

urce

reac

tion

tube

reac

tor h

ead

'����������������������'����������������������CYRANNUS® I plasma source from Iplas GmbH, Germany

microwave power: up to 6 kW

flow rates: about 10 m³/h

(200 m³/h possible in inefficient mode)

Gas supply:Carbon Dioxide, Argon, Methane, Hydrogen

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

������������������5��$����������������������5��$����

������������������������������������������������

Page 5: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

5

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

�$�������������������$������������������(( �����$��������������$���������

������������ � ��������� �

����������������� ���� � �� ��� � �

������������������ ������ �����������

���������������� � �� ������

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

��$������$�������������������������$������$�����������������������

$��������������$������$�������$��������������$������$�������

Following specimen were found in emission spectrum:

C – Atomic Carbon,

C2,C3, C4 – Carbon cluster

O – Atomic Oxygen (triplet)

H – Atomic Hydrogen

OH, CH – Bands 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

O

C2

C2

C2CHC4 C3OH

OH

C

wavelength [nm]

Page 6: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

6

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

"��"��((6�����������6������������������������������������������$������������������������������������������$�����������

• Spectrum mode –integration of intensity at selectedarea for everywavelength

• Chrongram mode –sampling of picturesfor selectedwavelengthsC2-Emission at 516 nm

Central range of plasma source

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

��������������������������������������������������������((���$��������$�����

�������������������7$���������������������������7$��������

Page 7: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

7

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

�������������� �������������� ++((����������������������������������

������������������������������������������������������

������������������������������������

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

8������������������ 8������������������ ++((������������������������

����������������������������������������������������

Page 8: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

8

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

������������������������$�������� ������������������������$��������

������������������� ������������������������������ �����������

�������������$������-9,,��������������$������-9,,�

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

CO2 conversion, 4500 W

CH 4 conversion, 4500 W

C/O-ratio [ mol/mol ]

conv

ersi

on[%

]

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

CO2 conversion, 4500 W

CH 4 conversion, 4500 W

C/O-ratio [ mol/mol ]

conv

ersi

on[%

]

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

:���������������$�������$������:���������������$�������$������

��������������������� �������������������������������� �����������

�������������$������-9,,��������������$������-9,,�

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

C/O-ratio, [ mol/mol ]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

CO yield, 4500 W

H2 yield, 4500 W

temperature

yiel

d[%

]

tem

pera

ture

[°C

]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

C/O-ratio, [ mol/mol ]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

CO yield, 4500 W

H2 yield, 4500 W

temperature

yiel

d[%

]

tem

pera

ture

[°C

]

Page 9: 374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

9

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

• Plasma activation of Carbon dioxide adding Methane is able to produce synthesis gas,

• Synthesis reactor handles up to 10 m3/h gas flow,

• Time resolved emission spectroscopy is able to optimise the plasma activation process

- for conversion of raw material,

- yield of conversion,

- pre selection of conversion products,

• Acoustooptic imaging spectroscopy – useful method to investigate large area or volume plasma phenomena. .

�������� ��������

IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund

IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004

• Imaging Spectroscopy• spatial resolution 100x100 pixels• picture sampling rate 40ms/picture• extend the wavelength range to UV

• Time Resolution- wavelength access: 1ms- pulse mode: 10ns - periodical application: less 10ns (phase shift method)

• Process Control- evaluation of DAC-module- AOS-Profibus-implementation

;���������;���������