Nanohiukkasten varaustehokkuuden kasvattaminen veden kondensaatiokasvun avulla
Kalliokoski, Joni (2015)
2015
Teknis-luonnontieteellinen koulutusohjelma
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-12-09
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511271817
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511271817
Tiivistelmä
Reaaliaikaisissa aerosolimittalaitteissa hiukkasten detektointi tapahtuu usein sähköisesti mittaamalla varautuneista hiukkasista syntynyt virta, josta voidaan laskea hiukkasten lukumääräpitoisuus. Nanohiukkasten kohdalla pienten pitoisuuksien mittaamisessa haasteita aiheuttaa perinteisten varausmenetelmien tehottomuus pienille hiukkasille. Pieni keskimääräinen varaus johtaa siihen, että hiukkasten lukumääräpitoisuuden on oltava suuri, jotta saadaan elektrometrien kohinasta selvästi erottuva signaali.
Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää veden kondensaatiokasvuun perustuva varauslaitteisto, jolla saataisiin nanohiukkasille suurempi varaus kuin perinteisillä menetelmillä. Menetelmässä nanohiukkaset ensin kasvatetaan kondensoimalla hiukkasten pinnalle vettä, jolloin niiden koko kasvaa yli mikrometrin kokoiseksi. Tämän jälkeen hiukkaset varataan koronapurkauksen avulla kasvaneina, jolloin ne saavat suuremman kokonsa vuoksi huomattavasti suuremman varauksen. Lopuksi hiukkaset kuivataan alkuperäiseen kokoonsa.
Kehitettyä varauslaitteistoa karakterisoitiin laboratoriossa tuotetuilla dioktyyli sebakaatti hiukkasilla. Laitteistolla tuotetut varausluvut olivat noin 1-2 kertaluokkaa suurempia kuin perinteisellä koronavaraajalla saadut varausluvut. 60 nm, 100 nm ja 200 nm hiukkasille saatiin varausluvut 250, 320 ja 600. Kasvatuslaitteiston parametreja muuttamalla pystyttiin säätämään hiukkasen saamaa varausta. Laitteistolla saadut varausluvut olivat hyvin suuria, mikä mahdollistaa sähköisen detektoinnin pienilläkin hiukkaspitoisuuksilla. Haittapuolena havaittiin suuret hiukkashäviöt sekä joissakin tapauksissa Rayleigh’n rajan ylittyminen.
Tulokset osoittivat, että menetelmällä on potentiaalia auttaa parantamaan nanohiukkasten sähköisten mittausten laatua. Varauslaitteistolle tulee kuitenkin tehdä vielä rakenteellisia muutoksia, joilla Rayleigh’n rajan ylittyminen saadaan estettyä sekä hiukkashäviöitä pienennettyä.
Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää veden kondensaatiokasvuun perustuva varauslaitteisto, jolla saataisiin nanohiukkasille suurempi varaus kuin perinteisillä menetelmillä. Menetelmässä nanohiukkaset ensin kasvatetaan kondensoimalla hiukkasten pinnalle vettä, jolloin niiden koko kasvaa yli mikrometrin kokoiseksi. Tämän jälkeen hiukkaset varataan koronapurkauksen avulla kasvaneina, jolloin ne saavat suuremman kokonsa vuoksi huomattavasti suuremman varauksen. Lopuksi hiukkaset kuivataan alkuperäiseen kokoonsa.
Kehitettyä varauslaitteistoa karakterisoitiin laboratoriossa tuotetuilla dioktyyli sebakaatti hiukkasilla. Laitteistolla tuotetut varausluvut olivat noin 1-2 kertaluokkaa suurempia kuin perinteisellä koronavaraajalla saadut varausluvut. 60 nm, 100 nm ja 200 nm hiukkasille saatiin varausluvut 250, 320 ja 600. Kasvatuslaitteiston parametreja muuttamalla pystyttiin säätämään hiukkasen saamaa varausta. Laitteistolla saadut varausluvut olivat hyvin suuria, mikä mahdollistaa sähköisen detektoinnin pienilläkin hiukkaspitoisuuksilla. Haittapuolena havaittiin suuret hiukkashäviöt sekä joissakin tapauksissa Rayleigh’n rajan ylittyminen.
Tulokset osoittivat, että menetelmällä on potentiaalia auttaa parantamaan nanohiukkasten sähköisten mittausten laatua. Varauslaitteistolle tulee kuitenkin tehdä vielä rakenteellisia muutoksia, joilla Rayleigh’n rajan ylittyminen saadaan estettyä sekä hiukkashäviöitä pienennettyä.