ISBN 9783843930758

978-3-8439-3075-8, Reihe Raumfahrt

Christine Schwarzwälder
Inkjet Method for the Development of Solid State Electrolyte Sensors for Space Applications

209 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Festkörperelektrolytsensoren werden heute vielfältig eingesetzt. Am IRS besteht aber weiterhin Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Einzelanfertigungen von Sensoren, wie sie in der Weltraumsensorik und zur Erschließung neuer Einsatzgebiete gefragt sind. Dies beinhaltet nicht nur die eingesetzten Elektrolyt- und Elektrodenmaterialien, sondern betrifft insbesondere die Miniaturisierung der Systeme, um z.B. den Leistungsbedarf der Sensoren zu senken, die Ansprechzeiten zu reduzieren oder den Verbrauch von kostenintensiven Materialien zu minimieren. In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals funktionelle Tinten für den Einsatz im Tintenstrahldruck entwickelt, charakterisiert und erstmals Sensoren hergestellt. Die Sensoren wurden schließlich auf ihre Eignung zur Sauerstoffkonzentrationsmessungen getestet.

Das Fertigungsverfahren basiert heute meist auf der Siebdrucktechnik, womit eine größere Anzahl von Sensoren durch Drucken einzelner Schichten sukzessive aufgebaut wird. Während diese Technik gut für die Serienproduktion geeignet ist, birgt sie wesentliche Nachteile für den Aufbau spezifischer Einzelsensoren oder Entwicklungssensoren, welche zum Teil mit der hier verwendeten Tintenstrahltechnologie ausgeglichen werden konnten.

Erstmals wurden am IRS komplette Sensorsysteme im Tintenstrahldruckverfahren gefertigt. Dafür wurden die nötigen Sensormaterialien für den Tintenstrahldruck neu entwickelt und der sukzessive Aufbau bekannter Sensorgeometrien geplant und umgesetzt. Die hergestellten Sensoren wurden entsprechend der bekannten Sensoren aufgebaut und anschließend unter Umgebungs- und Vakuumbedingungen getestet. Im Vergleich zu heutigen Siebdrucksensoren konnte unter Anderem die Ansprechzeit deutlich reduziert werden.

Insgesamt konnte durch diese Arbeit die Möglichkeit der schnelleren, kleineren und günstigeren Produktion von Sensorelementen erstmals nachgewiesen und das zukünftige Potential dieser Herstellungsmethode deutlich aufgezeigt werden.