Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sensor + Test 2013: UV-Licht ständig im Blick

26.04.2013
Sollen in industriellen Prozessen Lacke und Klebstoffe gehärtet werden, greifen Hersteller vielfach zu UV-Lampen. Wie viel dieser UV-Strahlung auf den Oberflächen landet, überprüfen Sensoren.

Da letztere zu schnell altern, erlauben sie bislang jedoch nur Momentaufnahmen. Neuartige Sensoren dagegen können die Intensität kontinuierlich überwachen. Forscher stellen die Systeme erstmals auf der Messe Sensor + Test vom 14. bis 16. Mai in Nürnberg vor (Halle 12, Stand 537).


Prozessierte Aluminiumgalliumnitrid-basierte UV-Sensoren auf einem Saphir-Wafer. © Fraunhofer IAF

Beim Wort »UV-Strahlung« schrillen bei den meisten Menschen die Alarmglocken – der Begriff wird mit Sonnenbrand und Hautkrebsrisiko gleichgesetzt. Doch es gibt auch einen positiven Effekt: Der menschliche Körper braucht das UV-Licht, um Vitamin D zu bilden. Auch in der Industrie nutzt man das UV-Licht, beispielsweise um Lacke auf Lebensmittelverpackungen oder Klebstoffe auszuhärten, aber auch um Wasser zu desinfi zieren. Trifft allerdings zu viel Strahlung auf die Oberfl ächen, werden diese geschädigt, Energie wird unnötig verbraucht und viel Ozon erzeugt. UV-Sensoren helfen daher, die Lichtintensität im optimalen Bereich zu halten.

Üblicherweise bestehen die Sensoren aus Silizium oder Siliziumkarbid. Das Problem: Silizium-Sensoren können nur dann sinnvolle Ergebnisse liefern, wenn sichtbares Licht aus der gemessenen Strahlung herausgefi ltert wird. Diese Filter wiederum sind jedoch teuer und nicht sonderlich UV-resistent – um sie nicht allzu sehr zu belasten, sind lediglich Momentaufnahmen möglich. Sensoren aus Siliziumkarbid dagegen halten zwar die UV-Strahlung gut aus, decken allerdings nur einen kleinen Spektralbereich ab. In den meisten industriellen Härtungsprozessen kommt es jedoch gerade auf den langwelligen Bereich an, in dem diese Sensoren ungenau arbeiten.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg haben nun einen neuen UV-Sensor entwickelt, gemeinsam mit ihren Kollegen der Fraunhofer-Institute für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, für Siliziumtechnologie ISIT und für Physikalische Messtechnik IPM. »Unser Sensor basiert auf Aluminiumgalliumnitrid und übersteht dauerhafte UV-Strahlung unbeschadet«, sagt Dr. Susanne Kopta, Projektleiterin am IAF. »Somit ermöglicht er nicht nur Momentaufnahmen, sondern ein permanentes Inline-Monitoring.« Basis für die Sensoren bildet ein Saphir-Wafer. Auf diesen bringen die Forscher epitaktisch die aktiven Schichten auf, das bedeutet die Schichten haben also eine Kristallstruktur.

Sensor für hohe UV-Intensitäten

Die Stärke des neuartigen Sensors liegt vor allem in Anwendungen, bei denen sehr hohe UV-Intensitäten auftreten – und solchen, bei denen ein ganz spezieller Spektralbereich beobachtet werden soll. Denn die Detektoren lassen sich auf zwei verschiedene Weisen einstellen: Entweder legen die Forscher eine Schwell-Wellenlänge fest. Der Sensor detektiert dann sämtliche UV-Strahlen, deren Wellenlänge unter dieser Schwell-Wellenlänge liegt. Oder man legt zwei Grenzwellenlängen fest und »schneidet« somit einzelne Bereiche des Spektrums heraus. »Der kleinste abbildbare Bereich umfasst dabei 20 Nanometer Wellenlängendifferenz«, konkretisiert Kopta. So ist es beispielsweise denkbar, einen Sensor für UV-A, einen weiteren für UV-B und einen für UV-CStrahlung herzustellen. Doch wie stellen die Forscher die Wellenlängen ein, die der Sensor wahrnimmt? »Das geschieht über das Verhältnis von Gallium zu Aluminium in einer der Aluminiumgalliumnitrid-Schichten«, sagt Kopta.

Dieses Verhältnis festzulegen, ist eine der Herausforderungen, denen sich die Forscher momentan stellen. Weitere Herausforderungen liegen darin, den Aluminiumgalliumnitrid-Kristall – das Herzstück des Sensors – so zu wachsen, dass er frei von strukturellen Defekten und Verunreinigungen ist. Denn das hätte zur Folge, dass einzelne Stellen andere Wellenlängenbereiche detektieren würden als der Rest des Sensors, das Ergebnis wäre verfälscht. »Den großen Parameterraum bei der Herstellung der Kristallschichten zu beherrschen, ist der kniffelige Teil – auf jeden Fall braucht man viel Erfahrung«, erläutert Kopta.

Einzelne Demonstratoren sind bereits fertig. In weiteren Schritten wollen die Forscher nun das Kristallwachstum optimieren und die Grenzen der Wellenlängenbereiche schärfer ziehen. Auch die Lebensdauer der Bauelemente kommt auf den Prüfstand: Die Ergebnisse sind bereits vielversprechend. »Erste Messungen haben gezeigt, dass die Sensoren 1000 Stunden bei hoher Leistung unbeschadet überstehen«, bestätigt Kopta.

UV-Sensoren als Teamplayer

Doch die UV-Sensoren eignen sich nicht nur als »Einzelkämpfer«, sie sind auch gute Teamplayer. In einer Zeile angeordnet bilden über 100 Detektoren nebeneinander eine UV-Kamera. Mit ihr lassen sich etwa Plasmaprozesse überwachen, mit denen zum Beispiel Antirefl ektionsschichten auf Solarzellen aufgebracht werden. Auch als Spektrometer kann diese Sensorzeile dienen: Dabei führt man das UV-Licht durch ein Gitter. Wie beim Regenbogen spaltet man es in die verschiedenen spektralen Bestandteile und detektiert mit den einzelnen Sensoren die jeweilige Intensität der verschiedenen Wellenlängen. So könnte man etwa Quecksilberlampen, wie sie bei der Wasseraufbereitung und bei der UV-Härtung zum Einsatz kommen, auf ihre Tauglichkeit überprüfen. Strahlt die Lampe über das gesamte Spektrum noch so intensiv, wie sie sollte? Oder sind einzelne Wellenlängen schon abgeschwächt?

Auf der Messe Sensor + Test vom 14. bis 16. Mai in Nürnberg stellen die Forscher die neuartigen UV-Sensoren für verschiedene Wellenlängen vor (Halle 12, Stand 537).

Dr.SusanneKopta | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/April/uv_licht_staendig_im_blick.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Medica 2017 – TU Kaiserslautern präsentiert Fortschritte in der Medizintechnologie
20.10.2017 | Technische Universität Kaiserslautern

nachricht Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben
18.10.2017 | Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise