Ziel des Projektes ist der Entwurf, der Aufbau und die Charakterisierung eines neuartigen verkapselten Mikrobrenners in Silizium-Glas-Mikrotechnik. Als Treibstoff für den Mikrobrenner wird ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch (Knallgas) verwendet. Die Flamme wird in der Siliziumebene zwischen zwei verspiegelten Glassubstraten geführt, wodurch die thermische Abstrahlung verhindert und der Wärmeverlust verringert wird. Das während der Verbrennung entstehende Abgas soll durch lokal hydrophile Oberflächen abgeführt werden.

Die Gasflamme ist der Kernelement eines konventionellen Flammenionisationsdetektors, der in der Industrie und Forschung sowie in der Medizin und Umweltmesstechnik seit langem für den Nachweis einzelner Inhaltsstoffe und die Bestimmung der Zusammensetzung von Gasen oder Flüssigkeiten mit Erfolg eingesetzt wird. Trotz hoher Messempfindlichkeit und großer Anwendungsvielfalt ist die Verwendung in den letzten Jahren rückläufig. Ursache dafür ist weniger die Konkurrenz anderer und genauerer Analyseverfahren, sondern sind insbesondere die sicherheitstechnischen Aspekte und die eingeschränkte Mobilität durch den großen apparativen Aufwand für die Gasversorgung der Brennereinheit, die eine erhebliche Menge an Knallgas für eine stabil brennende Flamme benötigt.

Durch den Einsatz einer Mikrobrennereinheit mit kleiner Flammengröße ist der Knallgasverbrauch gegenüber dem konventionellen System um ein Vielfaches reduziert. Die Gesamtbrenngasmenge im System ist damit auf ein sicherheitstechnisch bedenkenloses Niveau minimiert. Deshalb ist die Miniaturisierung der Brennereinheit mit uneingeschränkter Mobilität und niedrigem Treibstoffverbrauch erforderlich. Neben dem Einsatz in einem Mikro-Flamenionisationsdetektor kann die Mikrobrennereinheit auch bei der Brennwertbestimmung verschiedener Gase (Mikrobrennwertmesssystem) und bei der Erzeugung elektrischer Energie in einem Magneto-Hydrodynamischer Generator (Mikro-MHD-Generator) angewendet werden.

Abbildung 1: Explosionszeichnung des planaren µFIDs

Abbildung 2: 2 mm hohe Flamme im Mikrobrenner

Kontakt:                     

Winfred Kuipers, M.Sc.

Veröffentlichungen:

2007

• Kuipers, W.J. and Müller J., Planar Micro Flame Ionization Detector, 18^th Workshop on MicroMechanics Europe (MME), 16 – 18 September, <place w:st="on"><city w:st="on">Guimarães</city>, <country-region w:st="on">Portugal</country-region></place> 
• Kuipers, W.J. and Müller, J., Planarer Mikroflammenionisationsdetektor, Mikro System Technik Kongress, 15 – 17 October 2007, Dresden, Germany
• Kuipers, W.J. and Müller, J., Planar Micro Flame Ionization Detector, 10^th Annual Workshop on Semiconductor Advances for Future Electronics and Sensors (SAFE), 29 – 30 November 2007, Veldhoven, The Netherlands http://www.stw.nl/NR/rdonlyres/014A6B91-E0A7-4532-A1D1-9FDA0380A1B5/0/kuipers.pdf

2008

• Kuipers, W.J. and Müller J., Planar Micro Flame Ionization Detector with Integrated Guard, Pittcon Conference & Expo, 2 – 7 March 2008, New Orleans, USA 
• Kuipers, W.J. and Müller J., Planar Micro Flame Ionization Detector with Leak Current Reducing Guard Electrode, Int. Meeting on Chemical Sensors (IMCS), 12 – 14 July 2008, Columbus, USA
• Kuipers, W.J. and Müller J., A planar micro-flame ionization detector with an integrated guard electrode, J. Micromech. Microeng. 18 (2008) http://www.iop.org/EJ/article/0960-1317/18/6/064015/jmm8_6_064015.pdf?request-id=2e893881-d13f-4fda-8925-23fc05941e69 
• Doms, M. et al., Hydrophobic coatings for MEMS applications, J. Micromech. Microeng. 18 (2008)

2009

• Kuipers, W.J. and Müller J., Planar Micro Flame Ionization Detector with Minimized Leak Current, 15th Int. Conference on Solid-State Sensors, Actuators & Microsystems (Transducers 09), 21-25 June 2009, Denver, USA 
• Kuipers, W.J. and Müller J., Performance of a Planar Micro Flame Ionization Detector, Mikro System Technik Kongress 2009, 12-14 October 2009, Berlin, Germany
• Kuipers, W.J. et al., Influence of Micro Burner Geometry on Flame Stability, Mikro System Technik Kongress 2009, 12-14 October 2009, Berlin, Germany 
• Kuipers, W.J. and Müller, J., Total Hydrocarbon Analysis with a Planar Micro Flame Ionization Detector, 8th Annual IEEE Conference on Sensors (Sensors 09), 25-28 October 2009, Christchurch, New Zealand