Entwicklung von sauerstoffpermeablen Keramikmembranen f¨ur NO -Sensoren : Thomas Rudolf Schulte

목차 (Table of Contents)

• CONTENTS
• 1. Einleitung = 1
• 1.1 Technische Relevanz = 1
• 1.2 Stand der Kenntnis = 2
• 1.2.1 Amperometrische Stickoxidsensoren = 2
• 1.2.2 Membransysteme auf MIEC-Basis = 3
• 1.3 Ziel
• setzung und Struktur der Arbeit = 3
• 2. Grundlagen = 6
• 2.1 Gemischbildung und Motormanagement = 6
• 2.1.1 Motorsteuerungskonzepte und Abgasnachbehandlung = 6
• 2.2 Stickoxidsensorik = 13
• 2.2.1 Potentiometrische N$$O_x$$-Sensoren = 13
• 2.2.2 Resistive und halbleiterbasierte N$$O_x$$-Sensoren = 18
• 2.2.3 Voltammetrische N$$O_x$$-Sensoren = 19
• 2.2.4 Amperometrische N$$O_x$$-Sensoren = 21
• 2.2.5 Alternative Meβverfahren zur N$$O_x$$-Detektion = 25
• 2.3 Keramische Sensoren = 26
• 2.3.1 Fertigungstechnologie = 26
• 2.4 Gemischtleitende Keramiken = 28
• 2.4.1 Perowskite = 28
• 2.4.2 Elektronische Eigenschaften = 32
• 2.4.3 Sauerstoffpermeation = 33
• 2.5 Ionenleitende Keramiken : der Festelektrolyt YSZ = 36
• 2.5.1 Stuktur = 36
• 2.5.2 Ionische und elektronische Leitf$$\ddot a$$higkeit = 38
• 2.5.3 Einsatz als λ-Sonde = 40
• 2.5.4 Polarisationsmechanismen = 41
• 2.5.5 Einsatz als Pumpzelle = 42
• 2.6 Adsorption und Katalyse = 43
• 2.6.1 Stickoxidreaktionen in $$N_x$$／$$O_x$$-Systemen = 44
• 2.6.2 Katalyse an keramischen Oberfl$$\ddot a$$chen = 46
• 3. Experimentelles = 50
• 3.1 Pr$$\ddot a$$paration = 50
• 3.2 Elektrische Meβmethoden = 54
• 3.3 Katalysemeβplatz = 57
• 3.4 Permeationsmeβplatz = 61
• 3.5 Sensormeβplatz = 65
• 3.6 $${ }^16／18$$O-Isotopenaustausch = 67
• 3.7 Spezielle Meβmethoden = 73
• 3.7.1 Atomic Force Microscope(AFM) = 73
• 3.7.2 Focussed Ion Beam(FIB) = 73
• 3.7.3 Electron Spectroscopy for Chemical Analysis = 75
• 4. Membranmaterialien = 76
• 4.1 Harleitung des Anforderungsprofils = 76
• 4.2 Materialauswahl = 85
• 4.3 Stabilit$$\ddot a$$t der Materialien = 88
• 4.3.1 Das System L$$a_1-x$$S$$r_x$$C$$o_1-y$$C$$u_y$$$$O_3-δ$$ = 89
• 4.3.2 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$ = 91
• 4.3.3 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$／C$$e_0.8$$G$$d_0.2$$$$O_2-δ$$ = 99
• 4.3.4 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$F$$e_1-y$$C$$o_y$$$$O_3-δ$$ = 103
• 4.3.5 Das System SrFeC$$o_0.5$$$$O_x$$ = 105
• 4.3.6 Zusammenfassung = 107
• 4.4 Thermische Ausdehnung der Verbindungen = 108
• 4.4.1 Das System L$$a_1-x$$S$$r_x$$C$$o_1-y$$C$$u_y$$$$O_3-δ$$ = 110
• 4.4.2 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$ = 112
• 4.4.3 Das Kompositsystem G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$／C$$e_0.8$$G$$d_0.2$$$$O_2-δ$$ = 113
• 4.4.4 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$F$$e_1-y$$C$$o_y$$$$O_3-δ$$ = 118
• 4.4.5 Das System SrFeC$$o_0.5$$$$O_x$$ = 119
• 4.4.6 Zusammenfassung = 122
• 4.5 Katalytische Aktivit$$\ddot a$$t = 124
• 4.5.1 Das System L$$a_1-x$$S$$r_x$$C$$o_1-y$$C$$u_y$$$$O_3-δ$$ = 126
• 4.3.2 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$ = 126
• 4.5.2 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$ = 129
• 4.5.3 Das Kompositsystem G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$／C$$e_0.8$$G$$d_0.2$$$$O_2-δ$$ = 140
• 4.5.4 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$F$$e_1-y$$C$$o_y$$$$O_3-δ$$ = 148
• 4.5.5 Das System SrFeC$$o_0.5$$$$O_x$$ = 152
• 4.5.6 Zusammenfassung = 154
• 4.6 Verhalten in schwefelhaltiger Atmosph$$\ddot a$$re = 155
• 4.6.1 Theoretische Berechnungen = 157
• 4.6.2 Das System L$$a_1-x$$S$$r_x$$C$$o_1-y$$C$$u_y$$$$O_3-δ$$ = 159
• 4.6.3 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$ = 160
• 4.6.4 Das Kompositsystem G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$／C$$e_0.8$$G$$d_0.2$$$$O_2-δ$$ = 163
• 4.6.5 Das System SrFeC$$o_0.5$$$$O_x$$ = 166
• 4.6.6 Zusammenfassung = 168
• 4.7 Ionische und elektronische Leitf$$\ddot a$$higkeit = 169
• 4.7.1 Das System L$$a_1-x$$S$$r_x$$C$$o_1-y$$C$$u_y$$$$O_3-δ$$ = 171
• 4.7.2 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$ = 176
• 4.7.3 Das Kompositsystem G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$／C$$e_0.8$$G$$d_0.2$$$$O_2-δ$$ = 181
• 4.7.4 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$F$$e_1-y$$C$$o_y$$$$O_3-δ$$ = 189
• 4.7.5 Das System SrFeC$$o_0.5$$$$O_x$$ = 192
• 4.7.6 Zusammenfassung = 193
• 4.8 Sauerstoff-Permeation = 195
• 4.8.1 Das System G$$d_1-x$$C$$a_x$$Co$$O_3-δ$$ = 195
• 4.8.2 Vergleich der gemischtleitenden Systeme = 201
• 4.8.3 Zusammenfassung = 204
• 4.9 Fazit Materialauswahl = 205
• 5. Systemeigenschaften = 206
• 5.1 Sensorlayout = 206
• 5.2 Sensorkomponenten = 207
• 5.2.1 Diffusionsbarriere = 207
• 5.2.2 Diffusionskanal = 208
• 5.2.3 Separationsmembran, Tr$$\ddot a$$gersystem und O₂-Pumpzelle = 210
• 5.2.4 NO-Pumpzelle = 221
• 5.2.5 Luftkanal = 224
• 5.3 Systembewertung = 225
• 6. Schluβfolgerungen = 227
• 6.1 Zusammenfassung = 227
• 6.2 Ausblick = 229
• 7. Literatur = 231
• 8. Anhang = 233