ATMOS ist ein Konsortium von 11 Forschungseinrichtungen, wovon fünf in der EU angesiedelt sind und das Projekt verwalten. Dazu gibt es sechs Partnerorganisationen in Drittländern. Die hauptsächliche Zielsetzung des Projektes ist die Etablierung einer Zusammenarbeit bei Untersuchungen wissenschaftlicher Probleme der Luftverschmutzung; insbesondere sollen Studierende in diesem Bereich ausgebildet werden.

Detaillierte Informationen zu ATMOS.

Die Bergische Universität Wuppertal beteiligt sich am EU-weiten 14AMI-Projekt, dessen Fokus auf der Entwicklung von Halbleiterchips mit einer Größe von 14 Angström liegt. Zur Belichtung von winzigen Strukturen auf Siliziumwafern wird die EUV-Lithografie mit extrem-ultravioletter Strahlung (10-121 nm) eingesetzt. Die Größe der Strukturen beeinflusst unmittelbar die Leistungsfähigkeit der Chips. Die Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Wuppertal widmet sich der Analyse der EUV-Plasma-generierten Moleküle und Ionen und deren Wechselwirkung mit relevanten Oberflächen. Dazu werden massenspektrometrische Analysewerkzeuge entwickelt, welche speziell auf die Messbedingungen ausgelegt sind. Dieser Beitrag hat eine hohe Bedeutung, um das Verständnis der Gasphasen- und Oberflächenreaktionen in der EUV-Lithografie zu verbessern und somit die Optiklebensdauer zu erhöhen.

Detaillierte Informationen zu 14-AMI.

In der Ionenmobilitätsspektrometrie werden Ionen in einem elektrischen Feld anhand ihrer Ionenmobilität getrennt.

Das High Kinetic Energy Ion Mobility Spectrometer (HiKE-IMS), welches von der Arbeitsgruppe von Prof. Zimmermann (Leibniz Universität Hannover) entwickelt wurde, erreicht große elektrische Feldstärken im Analysatorbereich des Instruments und nutzt eine Coronaentladung als chemische Ionenquelle.

Ein von der DFG gefördertes Forschungsprojekt der Arbeitsgruppen Prof. Benter und Prof. Zimmermann (Universität Hannover) charakterisiert mit einer im ersten Projektteil aufgebauten HiKE-IMS Kopplung an ein Massenspektrometer (HiKE-IMS-TOF-MS) die aus der Entladung resultierenden Primärionen und untersucht detailliert die chemische Dynamik dieses Ionenensembles im HiKE-IMS. Insbesondere die Bildung von Ionen-Molekül-Clustern, wie beispielsweise NO⁺(H₂O)_n und O₂⁺(H₂O)_n, hat einen großen Einfluss auf die beobachtete Ionenmobilität und Reaktivität der Primärionen. Dynamische Clusterbildungs- und -dissoziationsprozesse finden in der gesamten Driftröhre statt. Durch numerische Simulationen und die umfangreichen experimentelle Arbeiten 1, 2, 3 konnte die stattfindende chemische Kinetik charakterisiert werden. Die Population der Primärionen (NO⁺, O₂⁺, H₃O⁺) ist stark abhängig von den äußeren Bedingungen wie reduzierte Feldstärke oder das Wasser-Mischungsverhältnis. Des Weiteren kann die gemessene Driftzeit durch resonanten charge Transfer beeinflusst werden. Gekoppelte Chemie-Transport-Simulationen mit dem in der Arbeitsgruppe Benter entwickelten Ion Dynamics Simulation Framework (IDSimF) stimmen sehr gut mit den experimentellen Daten überein.

Aufbauend auf den erreichten Ergebnissen, werden nun in einem inzwischen gestarteten Fortführungsprojekt, die Kenntnisse über die feldstärkeabhängige Reaktionskinetik von Ionen-Molekül-Clustern, durch weitere Ionisationsmethoden neben der Corona-Entladung, (Hohkathoden-Entladungen und insbesondere lasergestützte Photoionisation), vertieft.

In diesem Vorhaben sollen Möglichkeiten zur Reduktion der NO_x-Belastung in der Abluft von Straßentunneln untersucht werden. Angestrebt wird ein Erkenntnisgewinn im Bereich der Nutzung linienhafter photokatalytischer Reaktoren, die in das Abluftsystem von Tunneln inte­griert werden können. Im Fokus stehen neben Erkenntnissen zur Integration dieser innovati­ven Technologie in Neubautunnel die Möglichkeit der Nachrüstung von Bestandstunneln. Die Untersuchungen umfassen Analysen zur Verfügbarkeit der Technologien, zur Integrations­fähigkeit, zur Adaptionsfähigkeit auf die Anforderungen im Betriebs- und Brandfall, zur Wirksamkeit der Abluftreinigung und zur Abschätzung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses.

Forschungsverbundprojekt im Rahmen des „Innovationsprogramms Straße“ der Bundesanstalt für Straßenwesen (BAST)

Partner:

• RWTH Aachen, Institut für Straßenwesen Aachen (ISAC)
• RWTH Aachen, Aerodynamisches Institut (AIA)
• Ingenieurgesellschaft für Straßenwesen Aachen (ISAC GmbH)
• Bergische Universität Wuppertal (BUW), Physikalische und Theoretische Chemie

Projektverantwortlicher BUW: PD Dr. Jörg Kleffmann

Das Ion Dynamics Simulation Framework (IDSimF) ist ein offenes Werkzeug zur Simulation der Bewegung und der chemischen Dynamik molekularer Ionen. Primärer Einsatzzweck ist die Modellierung der Dynamik von chemisch reaktiven Ionen in Ionenquellen und Einlasssystemen von Atmosphärendruck-Ionsiations Massenspektrometern (API-MS), Ionenmobilitätsanalysatoren und Massenanalysatoren. IDSimF bietet dabei insbesondere die Möglichkeit elektrische Partikel-Partikel Wechselwirkungen (Raumladung) und die Wechselwirkung mit neutralem Hintergrundgas zu berücksichtigen. Ein integriertes Modell zur Beschreibung der chemischen Kinetik der simulierten Ionen erlaubt auch die Berücksichtigung ihrer Reaktivität.
IDSimF und ein Begleitpaket, IDSimPy, wurden unter eine Open-Source Lizenz gestellt, so dass der Quellcode öffentlich einsehbar und veränderbar ist. Dies ermöglicht jedem Benutzer, IDSimF zu erweitern und an eigene Problemstellungen anzupassen.

IDSimF Quellcode Repository
IDSimPy Quellcode Repository