Plasmaquellen

Die Entwicklung und Charakterisierung von Plasmaquellen und -systemen stellt eine Kernkompetenz des INP dar. Besonderer Schwerpunkt liegt auf Aktivitäten zur Entwicklung von Atmosphärendruckplasmasystemen. Diagnose-, Steuerungs- und Regelungssysteme können integraler Bestandteil der Geräte sein. Für die Entwicklung der Geräte verfügt das INP über spezielle Labore, in denen die Plasmaquellen entworfen, hergestellt und charakterisiert werden. Bauteile und Baugruppen können vor Ort unter Verwendung von Rapid-Prototyping-Technologien wie 3D-Druck- und Laserschneideverfahren gefertigt werden. Dies ermöglicht eine direkte Implementierung neuartiger Konzepte in die Geräte.

Bei der Entwicklung wird auch mit Partnern aus der Industrie zusammengearbeitet und so ein Technologietransfer realisiert. Alle entwickelten Geräte und Systeme werden schon vom Konzeptstadium an konsequent nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung entwickelt. Zusätzlich zur Plasmaquellenentwicklung wird auch eine grundlegende Charakterisierung der Geräte vorgenommen, ebenso die Integration in Komplettsysteme und die Entwicklung peripherer Baugruppen wie Hochspannungsgeneratoren.

Zum Aufgabenspektrum der Abteilung Plasmaquellen gehören die Konzeption und Konstruktion elektrischer und mechanischer Baugruppen. Elektrische und elektronische Schaltungen werden entworfen und funktional simuliert, außerdem erfolgt die Implementierung von Schaltungen in Leiterplatten, die vor Ort selbst gefertigt werden. Seit 2021 steht dafür ein hochmodernes Laser-System zur Verfügung. Mechanische Baugruppen werden in CAD-Workflows entwickelt und abhängig von den Anforderungen an Materialien und konstruktive Besonderheiten mit der jeweils optimalen Technologie gefertigt.

Die grundlegende Charakterisierung der entwickelten Plasmasysteme erfolgt durch elektrische, optische und spektroskopischen Untersuchungen. In diesen Bereich fällt beispielsweise die FTIR-Spektroskopie zur Gasphasenanalytik, mit der plasmagenerierte reaktive Spezies (z.B. H2O2, NOX, O3) bis in den ppb-Bereich nachgewiesen werden können.

Einige unserer Geräte werden auf der Plattform INPTDAT unter https://www.inptdat.de/search/type/plasma_source vorgestellt.

ANFORDERUNGSGERECHTE ENTWICKLUNG

Medizinische Plasmaquellen

Wie alle Produkte, die in der Medizin eingesetzt werden, werden auch an die Entwicklung medizinischer Plasmaquellen erhöhte Anforderungen gestellt. Diesem Anspruch wird begegnet, indem die rechtlichen Anforderungen (z.B. Normen zur Elektrosicherheit) bereits bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Zudem werden Analysen von zulassungsrelevanten Parametern wie Emissionen und Ableitströmen durchgeführt.

Agrarkultur

Für Forschungszwecke in der Agrarkultur werden Plasmaquellen zur Behandlung von Saatgut verwendet, beispielsweise zur Verbesserung der Keimfähigkeit. Weiterhin werden Plasmasysteme zur Behandlung von Flüssigkeiten genutzt. Zu den zentralen ingenieurtechnischen Herausforderungen der Systementwicklung in diesem Bereich zählt die Skalierung der Systeme. Für Vorversuche im Labormaßstab sind kleine Funktionsdemonstratoren optimal. Für Anwendungen darüber hinaus, auch im Forschungsumfeld, ist eine erhebliche Hochskalierung unter Beibehaltung vieler kritischer Betriebsparameter erforderlich.

Dekontamination

Plasmaquellen zur Bekämpfung chemischer oder mikrobiologischer Kontaminationen werden als Baugruppen zur Integration in anwendungsspezifische Geräte und Systeme konzipiert. Damit können Anwendungen in der Raumlufthygiene, Abgasbehandlung und Dekontamination von Oberflächen umgesetzt werden. So wurde kürzlich im Rahmen eines ZIM-Projekts gemeinschaftlich mit Partnern aus der Industrie ein Plasma-Applikator zur Dekontamination von Haltestangen und Geländern entwickelt. Weiterhin werden Plasmaanordnungen zum Abbau von Kontaminationen in Wasser (z.B. pharmazeutische Rückstände) sowie Systeme zur Gewinnung von thermosensitiven Stoffen aus Mikroalgen mittels Funkenentladungen entwickelt.

Periphere Geräte und Systeme

In größeren Systemen kann eine Interaktion der Plasmaquellen mit anderen Modulen für Diagnose-, Steuerungs- und Regelungszwecke notwendig sein. Um eine optimale Kompatibilität zwischen unterschiedlichen Komponenten sicherzustellen, erfolgt bei der Entwicklung stets eine enge Abstimmung mit Projekt- und Forschungspartnern. Weiterhin werden zusätzlich zu den Plasmaquellen bedarfsweise auch periphere Geräte und Systeme selbst entwickelt.