Eine neue Gerätegeneration zur Gaspermeationsmessung
Pressemitteilung - Fraunhofer IWS / 02.03.2023
Projekt »SimPerm« ermöglicht erstmals eine simultane Bestimmung der Permeationsraten von Sauerstoff und Wasserdampf
Forschende des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS aus Dresden haben im Projekt »SimPerm« eine innovative Messtechnologie zur zuverlässigen Bestimmung der Permeationsrate von Folien entwickelt. Diese ermöglicht es nun erstmals, gleichzeitig die Permeationsrate des Wasserdampfs als auch die des Sauerstoffs zu bestimmen. Produzenten, Anwender und Entwickler von Barrierefolien können damit präziser, realitätsnäher und günstiger als bisher die Gasdurchlässigkeit von Schutzfolien für Organische Leuchtdioden (OLED), organische Solarzellen aber auch für Tabletten oder Lebensmittel und andere luftempfindliche Güter ermitteln. Der Projektpartner Sempa Systems GmbH will auf dieser Basis bald eine neue Geräteklasse etablieren, die universell verschiedene Barriere-Eigenschaften von Folien messen kann.
Um die Messungen der Wasserdampf-Permeationsrate (WVTR) und der Sauerstoff-Permeationsrate (OTR) gleichzeitig in nur einem Gerät zu ermöglichen, kombinieren die Forschenden des Fraunhofer IWS die Laserdiodenspektroskopie für die Wasserdampfmessung mit dem Fluoreszenz-Quenching für die Sauerstoffmessung in einer Messzelle (siehe Infokasten). Um auch eine für Ultrabarrierefolien hinreichend kleine Nachweisgrenze der Konzentrationsmessung beider Permeaten zu erreichen, kam ein einfacher, aber effizienter Trick zum Einsatz: Statt eines kontinuierlichen Stickstoffflusses steuern nunmehr Stickstoffpulse zielgenau die Konzentrationen der Wasserdampf- und Sauerstoff-Moleküle, die durch die zu untersuchende Sperrschicht dringen. Automatisiert geöffnete und geschlossene Ventile stellen präzise diesen diskontinuierlichen Stickstofffluss ein. Dies führt dazu, dass – unter Einhaltung aller Gleichgewichtsbedingungen – sich auch geringe Permeatmengen so weit anreichern, dass sie zuverlässig mit Laserspektroskopie- und Fluoreszenz-Quenching-Detektoren messbar sind. Die Dauer der Stickstoffpulsphasen und die der dazwischenliegenden Phasen der Permeat-Akkumulation sind dabei nahezu beliebig einstellbar. Die Nachweisgrenzen sowohl der WVTR- als auch der OTR-Messung bestimmt somit nicht mehr der verwendete Sensor, sondern die Abdichtung der Messzelle.