Aerosolisynteesin tuottamien nanohiukkasten reaaliaikainen monitorointi
Juuti, Paxton (2015)
2015
Teknis-luonnontieteellinen koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-06-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201505201363
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201505201363
Tiivistelmä
Nanomateriaaleja on mahdollista tuottaa kaasufaasin kautta aerosolisynteesillä, jonka yhteydessä on tärkeää monitoroida tuotantoprosessia optimaalisen materiaalin tuottamiseksi. Aerosolihiukkasten pienten kokojen takia on monitorointiin käytettävä aerosolimittalaitteita. Kaupallisesti saatavat laitteet ovat kuitenkin kalliita tai ne eivät mittaa reaaliaikaisesti. Jos halutaan monitoroida aerosolihiukkasten rakennetta kuvaavaa efektiivistä tiheyttä on vielä käytettävä kahta eri laitetta, joiden tuloksista se voidaan laskea. Tässä työssä esitellään tämän ongelman ratkaisemiseksi reaaliaikainen monitorointilaite DENSMO.
Teorialtaan DENSMO pohjautuu SMPS-ELPI tiheyssovitukseen, jossa aerosolihiukkasten sähköisen liikkuvuuskoon ja aerodynaamisen koon rinnakkain mittaamisella saadaan selville niiden efektiivinen tiheys. Laitteena DENSMO on yksinkertaistetumpi versio liikkuvuus-ELPI:stä, jossa ELPI:n ylimpien asteiden tilalle on sijoitettu liikkuvuusanalysaattori. DENSMO:ssa sähköistä liikkuvuuskokoa mitataan myös liikkuvuusanalysaattorilla ja aerodynaamista kokoa yhdellä alipaineimpaktorilla. Aerosolihiukkaset mitataan niiden mukanaan tuoman varauksen perusteella, joka niille saadaan aikaiseksi pienoiskoronavaraajalla.
DENSMO:n toimintaa testattiin viidestä eri materiaalista tuotetuilla aerosolihiukkasilla, joista kaksi on nestemäisiä ja kolme kiinteitä huoneenlämpötilassa. Nestemäiset aerosolihiukkaset koostuivat dioktyylisebakaatista ja rikkihaposta. Kiinteät puolestaan natriumkloridista, titaniasta ja hopeasta. Näiden materiaalien avulla voitiin tuottaa aerosolihiukkasia, joiden tiheys on ~1 - 10 g/cm3 . Liikkuvuuskoon puolesta DENSMO:a testattiin noin 20 - 200 nm välisellä alueella. Referensseihin verrattuna DENSMO:n todettiin näyttävän koko mittausalueellaan keskimäärin liikkuvuuskoon 10 %, aerodynaamisen koon 27 %, efektiivisen tiheyden 29 % ja kokonaislukumääräpitoisuuden 36 % tarkkuudella.
Teorialtaan DENSMO pohjautuu SMPS-ELPI tiheyssovitukseen, jossa aerosolihiukkasten sähköisen liikkuvuuskoon ja aerodynaamisen koon rinnakkain mittaamisella saadaan selville niiden efektiivinen tiheys. Laitteena DENSMO on yksinkertaistetumpi versio liikkuvuus-ELPI:stä, jossa ELPI:n ylimpien asteiden tilalle on sijoitettu liikkuvuusanalysaattori. DENSMO:ssa sähköistä liikkuvuuskokoa mitataan myös liikkuvuusanalysaattorilla ja aerodynaamista kokoa yhdellä alipaineimpaktorilla. Aerosolihiukkaset mitataan niiden mukanaan tuoman varauksen perusteella, joka niille saadaan aikaiseksi pienoiskoronavaraajalla.
DENSMO:n toimintaa testattiin viidestä eri materiaalista tuotetuilla aerosolihiukkasilla, joista kaksi on nestemäisiä ja kolme kiinteitä huoneenlämpötilassa. Nestemäiset aerosolihiukkaset koostuivat dioktyylisebakaatista ja rikkihaposta. Kiinteät puolestaan natriumkloridista, titaniasta ja hopeasta. Näiden materiaalien avulla voitiin tuottaa aerosolihiukkasia, joiden tiheys on ~1 - 10 g/cm3 . Liikkuvuuskoon puolesta DENSMO:a testattiin noin 20 - 200 nm välisellä alueella. Referensseihin verrattuna DENSMO:n todettiin näyttävän koko mittausalueellaan keskimäärin liikkuvuuskoon 10 %, aerodynaamisen koon 27 %, efektiivisen tiheyden 29 % ja kokonaislukumääräpitoisuuden 36 % tarkkuudella.