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

374hlleithen 2004 IfU.PPT) - Uni Leipzig

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

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

;���������;���������