Forschungsschwerpunkte
Der Schwerpunkt unserer Gruppe liegt auf der experimentellen Plasmaphysik.
Während das Zweikörperproblem im Allgemeinen noch recht gut analytisch gelöst werden kann, erhöht sich die Komplexität bereits bei nur drei Körpern erheblich. In Plasmen werden jedoch Teilchendichten in der Größenordnung von 1015 bis 1019 m-3 erzeugt, so dass diese Systeme mit den Methoden der statistischen Physik beschrieben werden müssen. Außerdem wirken Coulomb-Kräfte auf die Ladung, so dass Plasmen ein kollektives Verhalten zeigen.
Plasmen spielen eine wichtige Rolle in Natur und Technik. 99,9 % der sichtbaren Materie im Universum befindet sich im Plasmazustand. Im Gegensatz zu astrophysikalischen Plasmen stehen alle auf der Erde erzeugten Plasmen in Kontakt mit umgebenden Medien. Der Einfluss eines solchen Mediums bestimmt grundlegend die Eigenschaften des Plasmas, zum Beispiel durch das Gleichgewicht zwischen Teilchenerzeugung und Energieeinkopplung im Plasma und Verlusten an der Oberfläche. Umgekehrt ergibt sich der Wert von Plasmen für die Technik sogar direkt aus der Beeinflussung des Mediums durch das Plasma, z. B. basieren mehr als 70 % aller Prozessschritte zur Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen auf Plasma-Oberflächenprozessen. Dennoch gibt es noch große Defizite bei der Beschreibung von Nichtgleichgewichtsprozessen an dieser Grenzfläche. Oft ist die Beschreibung rein empirisch und berücksichtigt nicht die Reziprozität der Prozesse an der entsprechenden Grenzfläche zwischen Plasma und Medium, zum Beispiel bei der Verwendung von Sekundärelektronenkoeffizienten oder Sputterraten. Die Kenntnis dieser Vorgänge ist jedoch für die Weiterentwicklung der Plasmatechnik, z.B. beim Einsatz von Plasmen in der Katalyse zur Herstellung von CO2-neutralen Kraftstoffen, unerlässlich.
Um die empirische Beschreibung durch physikalische Modelle zu ersetzen, konzipieren wir unsere Plasmaquellen und unsere Experimente speziell für diese Frage. Zur Analyse nutzen wir sowohl Plasma- als auch Oberflächendiagnostik. Wir legen großen Wert darauf, unsere komplexen Experimente mit einfachen Modellrechnungen zu unterstützen und die Ergebnisse der Experimente mit Simulationen vergleichbar zu machen.
Aktuelle Forschungsthemen sind Ladungseffekte bei dielektrisch behinderten Oberflächenentladungen, die Wechselwirkung von Plasmen und Oberflächen unter dem Einfluss von Laserstrahlung sowie der Einsatz von Plasmen in der Biokatalyse und in medizinischen Anwendungen.
- Plasmagrenzfläche
- Plasmaphysik bei Atmosphärendruck
- Plasmachemie in reaktiven Plasmen
- Referenzquellen und Charakterisierungsmessungen für die Plasmamedizin
- Plasmadiagnostik:
- Messungen der elektrischen Leistung
- (phasenaufgelöste) optische Emissionsspektroskopie
- Ultraviolett-Spektroskopie
- Laser-Absorptionsspektroskopie
Diagnostik und Anwendungen von Plasmastrahlen als CO-Quelle zur Sterilisation bei der Wundbehandlung
Finanzierungsquelle: DAAD
Projekt-ID: 57604427
Projektleiter: J. Golda, C. Douat, GREMI, Orléans
Finanzierungszeitraum: 01/2022 - heute
Team
Beschreibung
Projektbezogenes Personenaustauschprogramm mit Frankreich.
Grundlegende Plasma-Katalysator-Wechselwirkung in mikrostrukturierten Entladungen
Finanzierungsquelle: DFG, (Sonderforschungsbereich) SFB 1316
Projektnummer: A6
Projektleiter: J. Golda, M. Böke, V. Schulz-von der Gathen
Finanzierungszeitraum: 01/2018 - heute
Team
Beschreibung
Ein metallbasieertes Mikroplasmaarray bildet mit Quartzdielektrika einen In-Plasma-Katalyse Reaktor. Diese Systeme erlauben es dielektrische, katalytische Oberflächen am Boden ihrer Kavitäten zu integrieren. Die Plasmaparameter sowie die Verteilung der Entladungen innerhalb und oberhalb der Kavitäten sind stark abhängig von äußeren Parametern wie Kavitätsgröße, Druck und Spannung. Das Projekt untersucht den Einfluss der Plasmabedingungen auf die katalytischen Prozesse durch Beobachtung des katalysatornahen Volumens im Gasstrom. Insbesondere die Rolle der geladenen Spezies wird durch phasen- und ortsaufgelöste Diagnostik untersucht. Ex-situ-Messungen an den katalytischen Oberflächen runden die Experimente ab.
Selbstorganisation von sub-μm-Oberflächenstrukturen, angeregt durch mikroplasmaerzeugte reaktive Spezies und kurz gepulste Laserbestrahlung
Finanzierungsquelle: DFG, (Sonderforschungsbereich) SFB 1316
Projektnummer: B2
Projektleiter: M. Böke, J. Golda, V. Schulz-von der Gathen
Finanzierungszeitraum: 01/2018 - heute
Team
Beschreibung
Die Effizienz von Katalysatoren ist stark abhängig von ihren Oberflächenstrukturen und ihrem chemischen Zustand. Dieses Projekt zielt auf die plasma-laserinduzierte Modifikation und Erzeugung von mikrostrukturierten, reaktiven Oberflächen, die in der Katalyse eingesetzt werden können. Basierend auf plasmagenerierten reaktiven Spezies und der Kenntnis der Generations- und Destruktionsmechanismen, stellen wir Dichteverteilungen und Flüsse reaktiver Spezies auf Oberflächen ein, die gleichzeitig durch Laserbestrahlung (selbstorganisiert) strukturiert werden. Aktive und passive optische Methoden werden eingesetzt, um die Plasmakinetik und den Fluss der reaktiven Spezies zu den Oberflächen zu untersuchen. Ex-situ-Diagnostik vervollständigt das Bild durch Untersuchung der Oberflächeneigenschaften bis auf die Ebene der chemischen Zustände, ihrer Struktur und katalytischen Eigenschaften.
Rationales Tuning der Plasma- und Flüssigkeitschemie für die Biokatalyse
Finanzierungsquelle: DFG, (Sonderforschungsbereich) SFB 1316
Projektnummer: B11
Projektleiter: J. Bandow, J. Golda, A. Gibson
Finanzierungszeitraum: 01/2022 - heute
Team
Beschreibung
Die plasmagetriebene Biokatalyse zielt darauf ab, plasma-generierte reaktive Spezies, wie Wasserstoffperoxid, als Reaktanten für die enzymatische Umsetzung von Substraten in wertvolle Produkte zu nutzen. Ein Schlüssel zur industriellen Nutzung dieses Ansatzes ist die Produktion der Reaktanten in ausreichender Menge und mit hoher Energieeffizienz. Das Ziel dieses Projektes ist es, ein rationales Tuning des Plasma-Biokatalyse-Systems zu erreichen. Zu diesem Zweck werden Ansätze und Erkenntnisse aus der experimentellen Plasma- und Flüssigkeitsdiagnostik, numerischen Plasma- und Flüssigkeitschemiesimulationen und der Biotechnologie kombiniert. Zusätzlich zur Charakterisierung der Rate und der Mechanismen der Wasserstoffperoxidbildung, wird die Entstehung ungewünschter enzym-toxischer reaktiver Spezies unter verschiedenen Plasmabedingungen erfasst. Auf Basis von Simulation und Experiment werden neue Strategien entwickelt, um die biokatalytische Ausbeute zu erhöhen.
Diagnostik und Anwendungen von Plasmastrahlen als CO-Quelle für biomedizinische Anwendungen
Finanzierungsquelle: DAAD
Projekt-ID: 57512561
Projektleiter: J. Golda, C. Douat, GREMI, Orléans
Finanzierungszeitraum: 01/2020 – 12/2021
Team
Beschreibung
Projektbezogenes Personenaustauschprogramm mit Frankreich.