Optimierung eines LTCC-basierten miniaturisierten dynamischen Wärmestromdifferenzkalorimeters

Abstract:
In dieser Arbeit werden die Ergebnisse einer Optimierungsarbeit an einer miniaturisierten keramischen Wärmestromdifferenzkalorimetrie-Messzelle (engl.: Heat Flux Differential Scanning Calorimetry, HFDSC) präsentiert. Diese vereint alle Komponenten eines herkömmlichen DSC-Gerätes in einem Bauteil mit den Abmessungen 11 mm x 39 mm x 1,4 mm. Durch den Einsatz kostengünstiger Low-Temperature-Co-Fired-Ceramics-Technologie (LTCC) ist die DSC-Messzelle für den Einweggebrauch geeignet. Die geringen Abmessungen erlauben zudem eine mobile Anwendung. Erste Messungen mit Indium, Zinn und Zink wurden erfolgreich durchgeführt. Mit dem Ziel, die Temperaturverteilung im Probentiegel zu homogenisieren sowie den Leistungsbedarf zu reduzieren, erfolgte zunächst eine Simulation der Auswirkungen struktureller Modifikationen der keramischen Grundstruktur sowie der Heizergeometrie mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Modellierungen der DSC-Analysen von Indium verdeutlichen den Einfluss der homogeneren Temperaturverteilung auf die Messcharakteristik: durch die vorgenommenen Optimierungen wurden sowohl die Trennschärfe als auch die Empfindlichkeit des Systems erhöht.