Braig, Felix (2024)
Untersuchung der Lösungsmittelatmosphäre von verdunstenden, gedruckten Fluidfilmen mittels digitaler, holographischer Interferometrie.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026632
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Um die qualitative und quantitative Verteilung des Lösungsmitteldampfs in der Umgebung von gedruckten Fluidfilmen zu bestimmen, werden eine Inkjet-Einheit und ein Laser-Michelson-Interferometer in die Roboterzelle eines Sechs-Achs-Roboters integriert. Die Inkjet-Druckeinheit und der Roboter werden genutzt, um linienförmige Fluidfilme eines binären Druckfluids aus Ethylenglykol und Ethanol mit unterschiedlichen Längen und Breiten zu drucken und diese automatisiert in den Messarm des Interferometers zu bewegen. Um den Einfluss der natürlichen Konvektion auf die Lösungsmittelkonzentration in der Umgebung der gedruckten Fluidfilme zu untersuchen, wird das Substrat sowohl horizontal als auch vertikal in dem Messarm platziert. Die Interferogramme des Interferometers werden mithilfe einer Kamera aufgenommen und die durch den Lösungsmitteldampf hervorgerufene Phasenverschiebung zwischen dem Messarm und Referenzarm des Interferometers mithilfe der Windowed-Fourier-Transform Methode bestimmt. Nachdem die Phasensprünge durch das Phase Unwrapping entfernt wurden, lässt sich der Gangunterschied berechnen, der durch den Lösungsmitteldampf verursacht wird. Bei dem Gangunterschied handelt es sich um eine in Lichtausbreitungsrichtung integrierte Größe, das heißt die dreidimensionale Konzentrationsverteilung des Lösungsmitteldampfs wird auf die Ebene des Kamerasensors projiziert. Indem die Gangunterschiede mehrerer linienförmiger Fluidfilme unterschiedlicher Länge kombiniert werden, kann eine zweidimensionale Konzentrationsverteilung des Lösungsmitteldampfs entlang eines Querschnitts durch den mittleren Bereich des linienförmigen Fluidfilms bestimmt werden. Die maximal ermittelten Stoffmengenkonzentrationen werden dabei an der Phasenkontaktfläche zwischen flüssiger und gasförmiger Phase erreicht. Die Temperatur, der Luftdruck und die Luftfeuchtigkeit werden während der Messungen aufgezeichnet, sodass die bestimmten Konzentrationswerte mit den theoretischen Sättigungsdampfkonzentrationen bei den jeweiligen Bedingungen verglichen werden können. Es zeigt sich für die linienförmigen Fluidfilme, dass der Einfluss der natürlichen Konvektion auf die Lösungsmitteldampfverteilung über den verdunstenden Fluidfilmen mit zunehmender Breite des Fluidfilms steigt. Das Messverfahren eignet sich, um die Randüberhohung der Verdunstungsrate zu identifizieren und zu quantifizieren. Während die horizontalen Substratpositionen eine symmetrische Randüberhöhung der Verdunstungsrate aufweisen, wird in der vertikalen Substratposition eine starke Asymmetrie deutlich. Um die Reproduzierbarkeit der bestimmten Gangunterschiede zu erhöhen und damit die Genauigkeit der bestimmten Konzentrationsverteilungen weiter zu verbessern, könnte die passive Überwachung der Luftparameter mit einer Überwachung der Substrattemperatur und einer aktiven Steuerung der Umgebungsparameter ergänzt werden.

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