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Hydrophilic surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrates were prepared by a combination of TiO2-coatings of aluminium plates through a direct titanium tetraisopropoxide (TTIP) coating and drop coated by synthesised gold nanoparticles (AuNPs). Differences between the wettability of the untreated substrates, the slowly dried Ti(OH)4 substrates and calcinated as well as plasma treated TiO2 substrates were analysed by water contact angle (WCA) measurements. The hydrophilic behaviour of the developed substrates helped to improve the distribution of the AuNPs, which reflects in overall higher lateral SERS enhancement. Surface enhancement of the substrates was tested with target molecule rhodamine 6G (R6G) and a fibre-coupled 638 nm Raman spectrometer. Additionally, the morphology of the substrates was characterised using scanning electron microscopy (SEM) and Raman microscopy. The studies showed a reduced influence of the coffee ring effect on the particle distribution, resulting in a more broadly distributed edge region, which increased the spatial reproducibility of the measured SERS signal in the surface-enhanced Raman mapping measurements on mm scale.
Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) with subsequent chemometric evaluation was performed for the rapid and non-destructive differentiation of seven important meat-associated microorganisms, namely Brochothrix thermosphacta DSM 20171, Pseudomonas fluorescens DSM 4358, Salmonella enterica subsp. enterica sv. Enteritidis DSM 14221, Listeria monocytogenes DSM 19094, Micrococcus luteus DSM 20030, Escherichia coli HB101 and Bacillus thuringiensis sv. israelensis DSM 5724. A simple method for collecting spectra from commercial paper-based SERS substrates without any laborious pre-treatments was used. In order to prepare the spectroscopic data for classification at genera level with a subsequent chemometric evaluation consisting of principal component analysis and discriminant analysis, a pre-processing method with spike correction and sum normalisation was performed. Because of the spike correction rather than exclusion, and therefore the use of a balanced data set, the multivariate analysis of the data is significantly resilient and meaningful. The analysis showed that the differentiation of meat-associated microorganisms and thereby the detection of important meat-related pathogenic bacteria was successful on genera level and a cross-validation as well as a classification of ungrouped data showed promising results, with 99.5 % and 97.5 %, respectively.
P30 - Das Elektrospinnen von halbleitenden Zinndioxidfasern für die Detektion von Wasserstoff
(2022)
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von dünnen keramischen Fasern als halbleitendes Sensormaterial zum Nachweis von Wasserstoff, möglichst bei Zimmertemperatur. Die elektrische Leitfähigkeit halbleitender Metalloxide ändert sich durch die Einwirkung von oxidierenden und reduzierenden Gasen auf die Oberfläche des Metalloxids. Dieser Effekt kann zur Messung der Gaskonzentration genutzt werden. Die Reaktion von Zinn(IV)-oxid mit Wasserstoff basiert auf der Reduktion des Zinn(IV)-oxids zum Zinn, wobei die Elektronen des Zinn(IV)-oxids im metallischen Zinn verbleiben und dort im nicht gebundenen Zustand zu einer Leitfähigkeitserhöhung beitragen. Die Reaktion des Wasserstoffes kann sowohl mit den Sauerstoffatomen des Oxids als auch mit adsorbierten Sauerstoffatomen an der Oxidoberfläche stattfinden.[ 6] Da die Reaktionen an der Oberfläche des Oxids stattfinden, sollten Sensoren mit einer großen Oberfläche im Vergleich zu metalloxidischen Bulkmaterialien eine höhere Empfindlichkeit aufweisen. [3] Die Verwendung von Fasern anstelle von Dünn- oder Dickschichten führt dabei zu einer besseren Sensitivität gegenüber Gasen.
In the context of the Franco-German research project Re(h)strain, this work focuses on a global system analysis integrating both safety and security analysis of international and/or urban railway stations. The Re(h)strain project focuses on terrorist attacks on high speed train systems and investigates prevention and mitigation measures to reduce the overall vulnerability and strengthen the system resilience. One main criterion regarding public transport issues is the number of passengers. For example, the railway station of Paris “Gare du Nord” deals with a bigger number of passengers than the biggest airport in the world (SNCF open Data 2014), the Atlanta airport, but in terms of passengers, it is only around the 23rd rank railway station in the world. Due to the enormous mass of people, this leads to the system approach of breaking out the station into several classes of zones, e.g. entrance, main hall, quays, trains, etc. All classes are analysed considering state-of-the-art parameters, like targets attractiveness, feasibility of attack, possible damage, possible mitigation and defences. Then, safety incidence of security defence is discussed in order to refine security requirement with regard to the considered zone. Finally, global requirements of security defence correlated to the corresponding class of zones are proposed.
A Fourier scatterometry setup is evaluated to recover the key parameters of optical phase gratings. Based on these parameters, systematic errors in the printing process of two-photon polymerization (TPP) gray-scale lithography three-dimensional printers can be compensated, namely tilt and curvature deviations. The proposed setup is significantly cheaper than a confocal microscope, which is usually used to determine calibration parameters for compensation of the TPP printing process. The grating parameters recovered this way are compared to those obtained with a confocal microscope. A clear correlation between confocal and scatterometric measurements is first shown for structures containing either tilt or curvature. The correlation is also shown for structures containing a mixture of tilt and curvature errors (squared Pearson coefficient r2 = 0.92). This compensation method is demonstrated on a TPP printer: a diffractive optical element printed with correction parameters obtained from Fourier scatterometry shows a significant reduction in noise as compared to the uncompensated system. This verifies the successful reduction of tilt and curvature errors. Further improvements of the method are proposed, which may enable the measurements to become more precise than confocal measurements in the future, since scatterometry is not affected by the diffraction limit.
Kollaborative Industrieroboter werden für produzierende Unternehmen immer kosteneffizienter. Während diese Systeme für den menschlichen Mitarbeiter eine große Hilfe sein können, stellen sie gleichzeitig ein ernstes Gesundheitsrisiko dar, wenn die zwingend notwendigen Sicherheitsmaßnahmen nur unzureichend umgesetzt werden. Herkömmliche Sicherheitseinrichtungen wie Zäune oder Lichtvorhänge bieten einen guten Schutz, aber solch statische Schutzvorrichtungen sind in neuen, hochdynamischen Arbeitsszenarien problematisch.
Im Forschungsprojekt BeyondSPAI wurde ein Funktionsmuster eines Multisensorsystems zur Absicherung solcher dynamischer Arbeitsszenarien entworfen, implementiert und im Feld getestet. Kern des Systems ist eine robuste optische Materialklassifikation, die mit Hilfe eines intelligenten InGaAs-Kamerasystems Haut von anderen typischen Werkstückoberflächen (z.B. Holz, Metalle od. Kunststoffe) unterscheiden kann. Diese einzigartige Eigenschaft wird genutzt, um menschliche Mitarbeiter zuverlässig zu erkennen, so dass ein konventioneller Roboter in Folge als personenbewusster Cobot arbeiten kann.
Das System ist modular und kann leicht mit weiteren Sensoren verschiedenster Art erweitert werden. Es kann an verschiedene Marken von Industrierobotern angepasst werden und lässt sich schnell an bestehenden Robotersystemen integrieren. Die vier vom System bereitgestellten Sicherheitsausgänge können dazu verwendet werden - abhängig von der durchdrungenen Überwachungszone - entweder eine Warnung auszugeben, die Bewegung des Roboters auf eine sichere Geschwindigkeit zu verlangsamen, oder den Roboter sicher anzuhalten. Sobald alle Zonen wieder als „eindeutig frei von Personen“ identifiziert sind, kann der Roboter wieder beschleunigen, seine ursprüngliche Bewegung wiederaufnehmen und die Arbeit fortsetzen.