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Die Detektion von Explosivstoffen stellt ein zentrales Feld der zivilen Sicherheitsforschung dar. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in dem Nachweis verpackter Substanzen, wie es bei Unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtung (USBV) häufig der Fall ist. Derzeit eingesetzte Verfahren arbeiten meist mit bildgebenden Techniken, durch die sich ein Anfangsverdacht ergibt. Der tatsächliche chemische Inhalt der USBV lässt sich jedoch nicht exakt ermitteln. Eine genaue Beurteilung der Gefährdung durch solche Substanzen ist allerdings von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Entschärfung des Objekts in bewohntem Gebiet stattfinden muss. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das sich als Verifikationsverfahren bei bestehendem Anfangsverdacht gezielt einsetzen lässt. Hierzu wird mittels Laserbohrtechnik zunächst die äußere Hülle des zu untersuchenden Gegenstandes durchdrungen. Anschließend finden eine lasergestützte Probenahme des Inhalts sowie die Detektion unter Verwendung geeigneter Analysemöglichkeiten statt. Der Bohr- und Probenahmefortschritt wird über verschiedene spektroskopische und sensorische Verfahren begleitend überwacht. Zukünftig soll das System abstandsfähig auf Entschärfungsrobotern eingesetzt werden.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Echtzeitüberwachung von Laserbohrprozessen vorgestellt. Die Untersuchungen werden an unterschiedlichen Materialien unter Einsatz eines passiv-gütegeschalteten Nd:YAG Lasers durchgeführt. Prozessbegleitend findet eine Aufzeichnung der akustischen Emissionen mit anschließender Analyse durch schnelle Fourier-Transformation statt. Hierdurch lassen sich der Durchbruch beim Bohren durch ein Material sowie der Materialübergang mehrschichtiger Systeme detektieren. Die akustischen Messungen werden durchAuswertung der Pulsfolge des Lasers mittels einer Fotodiode gestützt. Hierbei zeigt sich eine gute Übereinstimmung der im akustischen Spektrum dominanten Frequenz mit der jeweils im Laserburstauftretenden Pulsfrequenz. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine Echtzeitüberwachung beim Laserbohren mittels kostengünstiger und einfacher Hardware. Zudem zeichnet es sich im Gegensatz zu bestehenden Verfahren durch eine hohe Robustheit gegen äußere Störeinflüsse aus, da eine frequenzbasierte Auswertung stattfindet.
Detection of triacetone triperoxide using temperature cycled metal-oxide semiconductor gas sensors
(2015)
In this work, the surface reactions of the homemade explosive triacetone triperoxide on tungsten oxide (WO3) sensor surfaces are studied to obtain detailed information about the chemical reactions taking place. Semiconductor gas sensors based on WO3 nanopowders are therefore produced and characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and Raman spectroscopy. To analyze the reaction mechanisms at the sensor surface, the sensor is monitored online under operation conditions using Raman spectroscopy, which allows to identify the temperature-dependent sensor reactions. By combining information from the Raman spectra with data on the changing resistivity of the underlying semiconductor, it is possible to establish a correlation between the adsorbed gas species and the physical properties of the WO3 layer. In the results, it is indicated that a Lewis acid–base reaction is the most likely mechanism for the increase in resistance observed at temperatures below 150 °C. In the results, at higher temperatures, the assumption of a radical mechanism that causes a decrease in resistance is supported.
Sensoren können verschiedene Aufgaben erfüllen, wie beispielsweise die Optimierung von Prozessen, die Interaktion zwischen Geräten oder die Verbesserung der zivilen Sicherheit. [1–3] Ihr Bedarf für die Industrie oder den Alltag wächst seit Jahren stetig. Besonders mobile Gassensoren sind von großem Interesse. Jedoch ist ihre Anwendung meist durch ihre integrierte Batterie begrenzt. Gassensoren ohne oder mit einem nur sehr geringen Energieverbrauch stehen daher im Interesse bei neuen Anwendungsgebieten, beispielsweise im Brandschutz oder in der Textilindustrie. [4,5] Die Sensoren könnten zum Beispiel in die Textilien einer persönlichen Schutzausrüstung eingearbeitet werden und durch einen Farbumschlag die Anwesenheit eines Gases oder die Überschreitung des Grenzwertes toxischer Substanzen anzeigen.
A series of reactive binaphthyl‐diimine‐based dopants is prepared and investigated with respect to their potential for the chiral induction of structural coloration in nematic liquid crystal mixture E7 and the selective photonic sensing of nitrogen dioxide (NO2). Studies of the helical twisting power (HTP) in 4‐cyano‐4′‐pentylbiphenyl (5CB) reveal HTP values as high as 375 µm‐1 and the tremendous impact of structural compatibility and changes of the dihedral binaphthyl angle on the efficiency of the chiral transfer. Detailed investigation of the sensing capabilities of the systems reveals an extraordinarily high selectivity for NO2 and a response to concentrations as low as 100 ppm. The systems show a direct response to the analyte gas leading to a concentration‐dependent shift of the reflectance wavelength of up to several hundred nanometers. Incorporation of copper ions remarkably improves the sensor's properties in terms of sensitivity and selectivity, enabling the tailored tweaking of the system's properties.
With the increasing demand for ultrapure water in the pharmaceutical and semiconductor industry, the need for precise measuring instruments for those applications is also growing. One critical parameter of water quality is the amount of total organic carbon (TOC). This work presents a system that uses the advantage of the increased oxidation power achieved with UV/O3 advanced oxidation process (AOP) for TOC measurement in combination with a significant miniaturization compared to the state of the art. The miniaturization is achieved by using polymer-electrolyte membrane (PEM) electrolysis cells for ozone generation in combination with UV-LEDs for irradiation of the measuring solution, as both components are significantly smaller than standard equipment. Conductivity measurement after oxidation is the measuring principle and measurements were carried out in the TOC range between 10 and 1000 ppb TOC. The suitability of the system for TOC measurement is demonstrated using the oxidation by ozonation combined with UV irradiation of defined concentrations of isopropyl alcohol (IPA).
Polymer fibers with liquid crystals (LCs) in the core have potential as autonomous sensors of airborne volatile organic compounds (VOCs), with a high surface-to-volume ratio enabling fast and sensitive response and an attractive non-woven textile form factor. We demonstrate their ability to continuously and quantitatively measure the concentration of toluene, cyclohexane, and isopropanol as representative VOCs, via the impact of each VOC on the LC birefringence. The response is fully reversible and repeatable over several cycles, the response time can be as low as seconds, and high sensitivity is achieved when the operating temperature is near the LC-isotropic transition temperature. We propose that a broad operating temperature range can be realized by combining fibers with different LC mixtures, yielding autonomous VOC sensors suitable for integration in apparel or in furniture that can compete with existing consumer-grade electronic VOC sensors in terms of sensitivity and response speed.