Einzelprojekt
MASELTOF - Massenspektrometrie an Elektrospray-Emittern mittels Time-of-Flight-Messungen
Geldgeber: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt, ehemals: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Laufzeit: 2021-2022
Ausführliche Beschreibung:
Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, ein Flugzeit-Massenspektrometer für die Untersuchung von Elektrospray-Ionenquellen aufzubauen. Elektrospray-Ionenquellen sind ein Antriebskonzept für kleinste Satelliten. Sie basieren auf der Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen, die aus einer ionischen Flüssigkeit extrahiert werden. Aus einer solchen Flüssigkeit können sowohl einzelne Ionen als auch größere geladene Tropfen gezogen werden. Für die Verwendung als elektrischer Raumfahrtantrieb ist es wichtig, die Größe der extrahierten Partikel, also deren Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu kennen, da man so den spezifischen Impuls des Antriebs ermitteln kann. Der spezifische Impuls ist eine wichtige Kenngröße für die Effizienz eines Raumfahrtantriebs.
Im Vorhaben sollen miniaturisierte Elektrospray-Ionenemitter untersucht, werden die mit der Methode der dreidimensionalen Zwei-Photonen-Lithographie im Mikro- und Nanostrukturierungslabor der JLU hergestellt werden. Diese Emitter werden lithographisch in den Photolack SU-8 geschrieben, wobei Silizium-Wafer als Substrat verwendet werden. Als Treibstoff werden ionische Flüssigkeiten wie EMIM-BF4 verwendet. Die mit der 3D-Lithografie als Freiformen ausgebildeten Extraktionskapillarstrukturen können nach dem Konzept des scaling up by numbering up als Basis für größere Anordnungen von Emittern verwendet werden, so dass sich verschiedene Schubbereiche über die Anzahl der Emitter erreichen lassen. Die Herausforderung bleibt, einzelne Emitter zu charakterisieren, die einen Schub im Sub-µN-Bereich aufweisen. Hierzu wird ein Flugzeit-Massenspektrometrie-Messaufbau entwickelt. Die Flugzeitmessung soll über Mikrokanalplatten-Detektoren (micro channel plate, MCP) erfolgen, die eine Sensitivität von einzelnen auftreffenden Teilchen haben. Diese Detektoren liefern ein Stop-Signal der Flugzeitmessung. Ein entsprechendes Startsignal wird durch einen Hochspannungspuls erzeugt, der einen kleinen Ausschnitt des kontinuierlichen Ionenstrahls auf den MCP-Teilchendetektor lenkt.
Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, ein Flugzeit-Massenspektrometer für die Untersuchung von Elektrospray-Ionenquellen aufzubauen. Elektrospray-Ionenquellen sind ein Antriebskonzept für kleinste Satelliten. Sie basieren auf der Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen, die aus einer ionischen Flüssigkeit extrahiert werden. Aus einer solchen Flüssigkeit können sowohl einzelne Ionen als auch größere geladene Tropfen gezogen werden. Für die Verwendung als elektrischer Raumfahrtantrieb ist es wichtig, die Größe der extrahierten Partikel, also deren Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu kennen, da man so den spezifischen Impuls des Antriebs ermitteln kann. Der spezifische Impuls ist eine wichtige Kenngröße für die Effizienz eines Raumfahrtantriebs.
Im Vorhaben sollen miniaturisierte Elektrospray-Ionenemitter untersucht, werden die mit der Methode der dreidimensionalen Zwei-Photonen-Lithographie im Mikro- und Nanostrukturierungslabor der JLU hergestellt werden. Diese Emitter werden lithographisch in den Photolack SU-8 geschrieben, wobei Silizium-Wafer als Substrat verwendet werden. Als Treibstoff werden ionische Flüssigkeiten wie EMIM-BF4 verwendet. Die mit der 3D-Lithografie als Freiformen ausgebildeten Extraktionskapillarstrukturen können nach dem Konzept des scaling up by numbering up als Basis für größere Anordnungen von Emittern verwendet werden, so dass sich verschiedene Schubbereiche über die Anzahl der Emitter erreichen lassen. Die Herausforderung bleibt, einzelne Emitter zu charakterisieren, die einen Schub im Sub-µN-Bereich aufweisen. Hierzu wird ein Flugzeit-Massenspektrometrie-Messaufbau entwickelt. Die Flugzeitmessung soll über Mikrokanalplatten-Detektoren (micro channel plate, MCP) erfolgen, die eine Sensitivität von einzelnen auftreffenden Teilchen haben. Diese Detektoren liefern ein Stop-Signal der Flugzeitmessung. Ein entsprechendes Startsignal wird durch einen Hochspannungspuls erzeugt, der einen kleinen Ausschnitt des kontinuierlichen Ionenstrahls auf den MCP-Teilchendetektor lenkt.
