PHOSPHOR - Synthesis of Novel Phosphor Sensor Particles for Advanced Flame Diagnostics

Synthese neuartiger Phosphor-Sensor-Partikel für die Verbrennungsdiagnostik

Phosphore sind keramische Materialien, die nach Beleuchtung durch einen Laser Licht abstrahlen. Bei thermographischen Phosphoren hängen die Farbe und die Leuchtdauer der Emission von der Temperatur des Materials ab, sie können also messtechnisch als Temperatursensoren verwendet werden. Am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg (Prof. Dr.-Ing. Frank Beyrau) werden feinste Phosphor-Partikel Gasen oder Flüssigkeiten zugemischt, um Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder in Strömungen zu bestimmen, oder die Partikel werden zusammen mit einem Lack auf Oberflächen aufgebracht, um z.B. die Temperatur der Kolbenoberfläche in Verbrennungsmotoren messen zu können.
Die primäre Zielsetzung dieses Forschungsprojektes ist, den messbaren Temperaturbereich durch Synthese neuer, für die Strömungstemperaturerfassung optimierter Phosphore zu vergrößern. Dr. Christopher Abram vom LTT wird hierzu 18 Monate am Advanced Combustion and Propulsion Lab an der Princeton University in den Vereinigten Staaten, arbeiten. Dort werden innovative Synthesemethoden entwickelt, die die Herstellung von Phosphorpartikeln mit spezifischen physikalischen und optischen Eigenschaften ermöglichen. Dr. Abram wird in Princeton lernen, Phosphore unter Verwendung dieser hochmodernen Verfahren herzustellen, und wird dann zurückkehren, um ein Labor zur Phosphorpartikelherstellung am LTT aufzubauen, wo die neuen Materialien hergestellt, charakterisiert und letztlich für praktische Anwendungen eingesetzt werden können. Das Projekt wird zu neuen Messmöglichkeiten für die angewandte- und Grundlagenforschung führen und so zur Verbesserung des Designs von Antrieben für die Automobil- und Raumfahrtindustrie beitragen. Dadurch werden Ressourcen geschont und die Umweltbelastung reduziert. Die neuartigen Materialien werden auch in Beleuchtungs- und Displaytechnologien und biologischen Sensoren Verwendung finden, wodurch sich auch neue Möglichkeiten zur zukünftigen Zusammenarbeit mit Princeton und anderen Forschungseinrichtungen und der Industrie ergeben werden.

Das Projekt wird durch das EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizont 2020 mit
dem Marie Skłodowska-Curie Zuwendungsvertrag Nr. 708068 gefördert.

Synthesis of Novel Phosphor Sensor Particles for Advanced Flame Diagnostics Phosphors are ceramic materials that emit luminescence following illumination by laser light. Either the colour or the duration of the luminescence depend on the temperature of the material, and so phosphors can be used for remote temperature measurements. Researchers at the Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT), Otto-von-Guericke Universität Magdeburg (Prof. Dr.-Ing. Frank Beyrau), Germany, use thermographic phosphors to measure the temperature and velocity of turbulent flows, by seeding nano- to micrometre-size phosphor particles into the gas or liquid as a flow "tracer".
The primary objective of this research project is to increase the temperature range and sensitivity of this measurement technique via the synthesis of new phosphor particles that are optimised for flow temperature sensing. The research fellow, Dr. Christopher Abram from LTT, will collaborate with the Advanced Combustion and Propulsion Lab (ACP), Princeton University, USA, who have developed innovative synthesis methods capable of producing phosphor particles with specific luminescence properties, size and morphology. At ACP, Dr. Abram will learn how to produce phosphor particles using these advanced methods, and then return to LTT where new materials will be produced and characterised.
The project will result in new temperature measurement capabilities for fundamental and applied combustion research, allowing the design of cleaner, fuel-efficient engines in key automotive, aerospace and power generation industries, thereby consuming fewer natural resources and reducing environmental impact. These novel materials will also find use in other remote sensing applications e.g. for biomedicine, as well as in lighting and display technologies, creating further opportunities for collaboration with Princeton University and other research institutions and industry.

This project has received funding from the European Union´s Horizon 2020 research and innivation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 708068.