Gecontroleerde productie van Carbon Nanotubes : het materiaal van de toekomst

Gecontroleerde productie van Carbon Nanotubes : het materiaal van de toekomst

John S. Bulmer (Cambridge University)
Cover Image

Als wetenschapper aan de Universiteit van Cambridge ben ik nauw betrokken bij een interessant project met betrekking tot Carbon Nanotubes (CNT, letterlijk vertaald: koolstof nanobuisjes). Samen met Bronkhorst zitten we momenteel midden in de ontwikkeling van een reactor waarmee we de productie van dit uitzonderlijk sterke en geleidende materiaal kunnen controleren. In deze blog ga ik dieper op dit onderwerp in en probeer ik uit te leggen waarom ik ervan overtuigd ben dat Carbon Nanotubes wel eens hét materiaal van de toekomst zou kunnen zijn.

De geschiedenis én toekomst van Carbon Nanotubes (CNT)

Oorspronkelijk kennen we koolstof in drie moleculaire vormen:

  • diamand
  • grafiet
  • amorfe koolstof

En toen ineens was daar halverwege de jaren ’80 een nieuwe moleculaire vorm van koolstof die in een onderzoek het licht zag. Dat betekende gelijk de start van de multidisciplinaire wereld van de nanotechnologie. Dit nieuwe molecuul bestaat uitsluitend uit koolstof en draagt de naam Buckminsterfullereen. Het is als het ware een kooi van koolstofatomen op nanometerschaal en de molecuulstructuur lijkt op de vorm van een voetbal.

Een paar jaar later verscheen het moleculaire koolstof broertje van Buckminsterfullereen: Carbon Nanotubes (CNT). Voor CNT geldt eigenlijk praktisch dezelfde structuur, maar in deze variant strekken de nanobuisjes zich uit tot een lengte die miljoenen keren zo groot is dan zijn diameter. Saillant wetenschappelijk detail; de sterke en perfect geordende koolstofbindingen van CNT maken het het sterkste materiaal dat ooit is gemaakt. Electronen kunnen moeiteloos als eendimensionale geleiders door de nanobuisjes bewegen; dat maakt CNT vier keer zo geleidend als koper, met een maximale stroomcapaciteit die maar liefst duizend keer hoger ligt dan die van koper.

3D model van Buckminsterfullereen 3D model van Buckminsterfullereen

In het begin van deze eeuw, kwamen onderzoekers met processen op de proppen om vezels te produceren die bestonden uit dicht op elkaar gepakte CNT’s in een geordende microstructuur. Aanvankelijk bleven de typische eigenschappen van deze vezels ver achter bij de bijzondere eigenschappen van de individuele moleculen. Na een aantal tussentijdse verbeteringen, is de innovatieve CNT-vezel net zo sterk als het gebruikelijke carbon en vier keer zo geleidend. Naarmate de ontwikkelingen vorderen verwachten we dat CNT-vezels substantieel sterker zullen worden dan carbon en zal de geleidbaarheid en warmtecapaciteit zo’n vier keer groter zijn dan die van traditionele metalen als koper en aluminium.

Toepassingen van CNT-vezels zit met name in ontwikkeling van textielsoorten die bestand zijn tegen extreme omstandigheden (beschermende kleding, kogelvrije vesten etc.), composieten, materialen voor auto’s en kabels, vanwege de enorme sterkte. De intrede van CNT zou een gigantische impact kunnen hebben op ons dagelijkse leven, net als de invloed die plastic had op de wereld halverwege de vorige eeuw.

Carbon Nanotubes (CNT) op de Universiteit van Cambridge

Ons laboratorium heeft een productieproces ontwikkeld dat niet alleen CNT’s maakt in grote volumes, maar ook met een ongeëvenaarde perfectie in macroscopische textiel; alles in slechts één productiestap. Het productieproces an sich is in principe simpeler dan andere productieprocessen, zoals bijvoorbeeld de processen van het gangbaardere carbon of kevlar.

De Floating Chemical Vapour Deposition reactor (F-CVD) gebruikt in dit geval een ‘zwevende’ katalysator. Deze katalysator heeft slechts één koolstofbron nodig (tolueen), een katalysatorbron (ferroceen) en een op zwavel gebaseerde promotor (thiofeen). Deze drie componenten worden door middel van een draaggas (waterstof) met elkaar vermengd in een 1300 °C buisreactor, waardoor een zwevende CNT-wolk wordt gevormd. Het mechanisch extraheren van de CNT-wolk uit de buisreactor condenseert de wolk tot een bulkvezel met een strak geordende microstructuur. Dit wordt "CNT-spinnen" genoemd, dat gedaan wordt door “spinners”; speciaal beschermd personeel dat de vezel uit de CNT-wolk extraheert.

Het is een aardige uitdaging om de reactie onder controle te krijgen. De eigenschappen van het CNT materiaal variëren namelijk aanzienlijk tussen de productieseries, in relatie tot de gecontroleerde en ongecontroleerde parameter input. Hoe dat precies kan, is nog niet helemaal duidelijk.

Controle over de Carbon Nanotubes Reactor

Door een feedbacklus te implementeren proberen we om de CNT-materiaaleigenschappen van de reactor te reguleren. De in- en outputvariabelen zijn specifiek geselecteerde materiaaleigenschappen, die automatisch worden gemeten en vastgelegd in een database; een overzicht van o.a. het buitenweer, het bedienend personeel, de leeftijd van de buis, de tussenstofconcentraties, gasstromen, etc. De database wordt voortdurend doorgespit voor correlaties, parameterinteractie en multidimensionale lineaire regressiemodellen die het reactorgedrag statistisch voorspellen. Dat gebeurt met behulp van de dataverkenningssoftware JMP ™.

Ter illustratie; afbeelding 1 laat een statistisch model zien voor de G:D ratio van het material. Dat is de ratio tussen grafiet (G) en grafietdefecten (D) van Raman spectroscopie, die een indicatie geeft van de mate van grafitische perfectie. Dit model is een functie van verschillende input parameters die statistische gezien het meest relevant zijn met betrekking tot de G:D ratio. Op de x-as is een voorspelde G:D waarde te zien van het model en op de y-as de gemeten waardes. Als het model perfect zou zijn geweest, dan was de verwachting dat de lijn volledig recht zou zijn in een hoek van 45 graden. Zoals te zien is, liggen de gemeten datapunten wijd verspreid rondom de lijn en dat geeft de geringe mate van beheersing van het reactieproces weer.

Afbeeldingsomschrijving

De opstelling die we hier gebruiken vermengt eerst de tussenstoffen (tolueen, ferroceen en thiofeen) en deze worden daarna via een draaggas (waterstof) in de oplossing geinjecteerd met behulp van een standaard pomp. Hiermee werd duidelijk dat er toch een geavanceerder systeem nodig was voor een betere controle over de reactor.

Bronkhorst’s oplossing voor controle over de Carbon Nanotubes Reactor

Afbeelding 2 laat het verbeterde systeem zien. Afzonderlijke vloeibare tussenstoffen worden nu onafhankelijk gecontroleerd met Bronkhorst Coriolis instrumenten (mini CORI-FLOW series). Deze Coriolis massflowmeters geven uiterst precieze flows, zonder dat er calibratie nodig is tussen de twee tussenstoffen. Dat zorgt ervoor dat er geëxperimenteerd kan worden met verschillende CNT recepten. Het is Bronkhorst als enige gelukt om het uiterst nauwkeurige Coriolis principe op zeer kleine schaal toe te passen in dit onderzoek, door gebruik te maken van µCoriolis MEMS technologie.

Het flowbereik van tolueen gaat tot 200 g/h en voor thiopheen geldt zelfs een bereik van beneden de 100 mg/h. Het waterstof draaggas wordt geregeld door een robuuste, plug-and-play Bronkhorst massflow controller. Tot slot worden de precies gedoseerde tussenstoffen verdampt en samengebracht met het draaggas door middel van verdampertechnologie.

Afbeeldingsomschrijving

Met deze nieuwe en geavanceerdere instrumentatie is statistische modellering van F-CVD veel effectiever. De werkelijke waarde versus de voorspelde waarde geeft aan dat de respons van de reactor een stuk voorspelbaarder is en een veel hogere herhaalbaarheid heeft. Tot dusverre hebben we met dit beheersbare en goed vormgegeven reactorsysteem de CNT-productie verdubbeld en de grafiet kristallisatiegraad zelfs verdrievoudigd.

Houd ons in de gaten! Met Bronkhorst en andere belangrijke commerciële, academische en regeringspartners hopen we conventionele koolstofvezel binnenkort te overtreffen!

Bronkhorst informatie

Als je betrokken bent bij reactortechnologie, aarzel dan niet om contact op te nemen voor oplossingen voor je processen.

• Lees meer over de MEMS technologie dat is toegepast bij het onderzoek naar Carbon Nanotubes in de blog van Wouter Sparreboom.

Wilt u automatisch onze maandelijkse updates in uw inbox ontvangen? Registreert u zich nu!

Afbeeldingsomschrijving

Massflowmeting in ammoniakbeheersing om boetes te voorkomen

Massflowmeting in ammoniakbeheersing om boetes te voorkomen

Chris King
Cover Image

Het gebruik van watervrije ammoniak om stikstofoxiden te verminderen

Het is een techniek die al jaren bestaat, ‘Selective Catalytic Reduction’ ofwel SCR. Letterlijk vertaald betekent het selectieve katalytische reductie; een proces waarin stikstofoxiden (NOx) worden omgezet in diatomisch stikstof (N2) en water (H2O). Deze techniek zorgt voor sterk verminderde uitlaatgassen in bijvoorbeeld ovens en ketels. Het typische reductiemiddel dat gebruikt wordt is watervrije ammoniak (NH3), dat via een speciale katalysator in de uitlaatstroom wordt geïnjecteerd.

Eén van de klanten van Bronkhorst verkoopt en onderhoudt al ruim vijftig jaar ketels en pompen voor diverse commerciële en industriële toepassingen, waarbij ze een massflowregelaar gebruikten die niet betrouwbaar én niet robuust genoeg bleek te zijn voor hun toepassingen. Logischerwijs had dat natuurlijk ook negatieve gevolgen voor hun klanten, die te maken kregen met een slechte ammoniakbeheersing.

Massflowregeling en ammoniak, waarom?

Sommige NOx reductiesystemen zijn gebaseerd op het gebruik van vloeibare ammoniak of gasvormige ammoniak. Bronkhorst kan daarin uiterst nauwkeurig de dosering van ammoniak meten en reguleren, ongeacht de fase. De systemen van tegenwoordig maken gebruik van onder andere de MASS-STREAM (gas), IN-FLOW (gas) en de mini CORI-FLOW (vloeistof) om uiterst nauwkeurig de dosering van ammoniak te regelen die wordt geinjecteerd in de uitlaatstroom. Een belangrijk aspect daarin is dat de juiste reactie plaatsvindt, zonder verspilling van ammoniak. Als teveel ammoniak wordt geïnjecteerd bestaat de kans dat dat niet reageert en dus niet gebruikt wordt. Dat is niet alleen zonde van de ammoniak, maar brengt ook onnodige kosten met zich mee. Er bestaan strenge kwaliteitsvoorschriften die het toelaatbare niveau van NOx specificeren dat in de atmosfeer mag worden afgegeven. Worden die normen overschreden, dan zijn hoge boetes het gevolg. Het bedrijf moet haar klanten dus voorzien van een uiterst betrouwbare en robuuste oplossing voor deze toepassing. Dat vraagt om een massflowregelaar met een hoge herhaalbaarheid die geschikt is voor industriële omgevingen.

Afbeeldingsomschrijving

Welke massflowmeter kan hiervoor worden gebruikt?

In het NOx-reductiesysteem van onze klant worden de massflowregelaars gebruikt om de dosering van watervrije ammoniak in de uitlaatstroom te reguleren, die wordt geadsorbeerd op een katalysator. Het uitlaatgas reageert vervolgens met de katalysator en de ammoniak, waardoor stikstofoxiden worden omgezet in stikstof en water.

Bronkhorst raadde een massflowregelaar (MASS-STREAM) met behulp van de CTA (Constant Temperature Anemometer) technologie die ideaal is om verstopping te voorkomen in potentieel vervuilde industriële gastoepassingen.

Afbeeldingsomschrijving

Ik zal in het kort de werking van dit type massflowregelaar uitleggen en waarom deze geschikt is voor toepassingen als deze.

Het CTA-principe (Constant Temperature Anemometer) werkt met een rechte buis i.c.m slechts twee roestvrijstalen sondes (een verwarmingselement en een temperatuursensor ) in de gasflow . Een constant temperatuurverschil tussen de twee sondes wordt aangehouden met het vereiste vermogen om evenredig te zijn aan de massflow van het gas. Dit betekent dat de MASS-STREAM minder gevoelig is voor vuil, vocht of andere verontreinigingen in het gas, ten opzichte van een flowmeter met een bypass, die afhankelijk is van een perfecte flowverdeling tussen twee doorstroompaden. Het CTA-principe is dus ideaal om verstopping bij mogelijk vervuilde industriële gastoepassingen te voorkomen. Dankzij de rechte buis en de hoge herhaalbaarheid in meet- en regelmogelijkheden, kan de MASS-STREAM met robuuste IP65 behuizing gebruikt worden in zware toepassingen.

Lees meer over CTA technologie in onze blog

Wil je meer weten over welke Bronkhorst massflowmeters en –regelaars die werken met het CTA-principe? Kijk dan eens naar onze animaties

Een snufje Bronkhorst in je eten en drinken op de camping

Een snufje Bronkhorst in je eten en drinken op de camping

Walter Flamma
Cover Image

In de vorige blog heb je al het een en ander kunnen lezen over de campingtoepassingen waarin Bronkhorst een rol vervult, maar over één ding hebben we het nog niet gehad; eten en drinken op de camping. Een biertje, het colaatje, het roomijs, noem het allemaal maar op. Ze zijn onlosmakelijk verbonden met de zomer, én met Bronkhorst…

Roomijs, beluchting en massflowregelaars

Ik kan me niet voorstellen dat er iemand is die in de zomervakantie géén ijsje eet. Ja, of je houdt er simpelweg niet van of je bent er allergisch voor, dat kan natuurlijk ook. Maar een lekker roomijsje sla ik in ieder geval niet af. Voor het maken van roomijs is beluchting in het productieproces van cruciaal belang, want lucht maakt namelijk zo’n 30 tot 50% van het totale roomijsvolume uit. Hoe meer beluchting, hoe lekkerder en zachter het ijs. Eén klein minpuntje, maar wel overkomelijk; het ijs smelt net even iets sneller als er veel lucht aan is toegevoegd. Om de optimale structuur te krijgen in roomijs, is het dus belangrijk om tijdens het productieproces een stabiele luchttoevoer te hebben met een constante verhouding tussen ijs en lucht. En hoe kan het ook anders, dat doe je dus met een massflowregelaar. Ik kan me voorstellen dat je nu zin hebt gekregen in ijs, dus mocht je meer willen lezen over het productieproces, lees dan de blog over het beluchtingsproces.

ijs

Toevoegen van koolzuur aan frisdranken

‘Wel genoeg drinken’ is een veelgehoorde kreet als de zomer in Nederland op volle toeren draait. Colaatje, biertje, wat je maar wil. Het typische sisgeluid dat je hoort als je een blikje of flesje openmaakt, komt doordat miljoenen kooldioxidemoleculen (CO2) vrijkomen uit het water. In bijvoorbeeld de frisdrankindustrie is dus een oplossing nodig om CO2-gas snel en gelijkmatig aan vloeistoffen toe te voegen. Koolzuurgas en water worden onder hoge druk in de frisdrank geperst met een thermische massflowregelaar. Het is een nauwkeurig proces, want te weinig koolzuur zorgt voor ‘plat’ drinken en te veel koolzuur kan ervoor zorgen dat de fles kan barsten, met alle gevolgen van dien.

Afbeeldingsomschrijving

Oppervlaktebehandeling voor verpakkingen

Bronkhorst is niet alleen betrokken bij de productie van de drank zelf, maar ook de verpakking moet aan hoge eisen voldoen en daar spelen flowmeters ook weer een rol in. De verpakking moet steriel zijn voor een langere houdbaarheid en tijdens het vullen ervan moet zuurstof worden geëlimineerd. Een nauwkeurig en reproduceerbaar debiet is hierbij dus ook van groot belang. Coriolis massflowmeters, direct vloeistofverdamping en massflowregelaars voor gas zijn de belangrijkste spelers in deze processen. James Walton schreef hier al eens over in zijn blog, waarin hij uitleg geeft over het steriliseren van verpakkingen om de houdbaarheid te verlengen.

Additieve dosering bij de productie van snoep

Als je kinderen hebt, dan weet je hoe gek ze zijn op snoep. Niet alleen omdat het zo lekker zoet is, maar ook omdat het zo felgekleurd is. Bij de productie van snoep worden additieven als kleurstoffen, aroma’s en zuren toegevoegd. Door het gebruik van ultrasone volumeflowmeters is de nauwkeurigheid van metingen verbeterd en dus ook de kwaliteitscontrole van het productieproces. Veel kleur- en geurstoffen zijn duur en een gecontroleerd en efficiënt gebruik van deze stoffen levert een product van betere kwaliteit op en je bespaart enorm op grondstoffen, een win-winsituatie. Het doseren van kleurstoffen wordt overigens niet alleen toegepast bij voedingsmiddelen, want na de barbecue op de camping, probeert iedereen er onderuit te komen. De onvermijdelijke afwas…

gekleurde snoepjes

Kleurstoffen doseren in afwasmiddelen met behulp van Coriolis-massflowregelaars

Misschien wel een van de meest vervelende dingen van het campingleven, maar tegelijkertijd heeft het ook zijn charme. De vaatwasser thuis loopt stof te happen, terwijl je op de camping het afwasteiltje maar weer tevoorschijn haalt. Met behulp van Bronkhorst wordt afwassen in ieder geval wat kleurrijker, omdat we met onze Coriolis massflowregelaars prima de kleurstoffen in afwasmiddel kunnen doseren. Net zoals bij de toevoeging van geurstoffen zijn nauwkeurigheid en herhaalbaarheid belangrijke factoren voor fabrikanten van afwasmiddelen. Elke fles moet immers dezelfde kleur hebben als ze in de schappen in de winkel staan. Om die mate van consistentie te krijgen wordt de doseerpomp met Coriolis massflowregelaars gecombineerd, zodat de pomp een massadebiet in plaats van het gebruikelijke volumedebiet doseert. Een massadebiet is namelijk niet afhankelijk van de vloeistofeigenschappen van de kleurstof, wat zorgt voor extreme nauwkeurigheid.

afwasmiddel

Je bent je er misschien niet zo van bewust, maar Bronkhorst is dus bij veel campingproducten en –toepassingen betrokken. Lees ook ons blog ‘Wat hebben kamperen en massflowregeling met elkaar te maken?’

Wilt u automatisch onze maandelijkse updates in uw inbox ontvangen? Registreert u zich nu!

Afbeeldingsomschrijving

Gerhard Bauhuis
Cover Image

Het is nu al een zomer waarin warmterecords worden verbroken en het ziet er naar uit dat het voorlopig nog wel even warm zal blijven. De winter is al lang en breed achter ons, maar weet je nog dat je in die donkere dagen al een beetje vooruit aan het kijken was naar de zomer? Kamperen, stedentripjes of gewoon een dagje uit, nu is het er echt tijd voor. Even niks aan je hoofd en genieten van de vakantie. Maar wist je dat Bronkhorst eigenlijk gewoon met je meegaat als je bijvoorbeeld gaat kamperen? Niet? Ik zal je vertellen dat kamperen en massflowregeling hand in hand gaan…

Oppervlaktebehandeling

Het begint al met de rit in de auto, waar je ook naartoe gaat. Kijk eens naar het dashboard bijvoorbeeld. Tegenwoordig hebben veel auto’s een lederen dashboard of nou ja, een ‘leather look’ dashboard. Die laag wordt gemaakt door vloeibaar, gekleurd polyurethaan in een nikkelmal te spuiten en dat is waar een Bronkhorst massflowregelaar om de hoek komt kijken. Want in combinatie met een ventiel vormt dat de basis van deze oplossing, waarmee dus met hoge nauwkeurigheid een extern oplosmiddel op het oppervlak van de nikkelmal wordt aangebracht. Lees meer in onze application note hoe dit wordt gemaakt.

Afbeeldingsomschrijving De foam ín het dashboard is ook gemaakt met behulp van Bronkhorst. Kijk, om foam te maken, wordt een gas toegevoegd aan een mengsel dat acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) of polyvinylchloride (PVC) bevat. Dat gas zorgt ervoor dat het het juiste volume krijgt, maar dat luistert erg nauw. Te veel gas maakt de foam instabiel, te weinig gas zorgt er juist weer voor dat het een zwaar massief blok wordt. Een massflowregelaar zorgt ervoor dat precies de juiste hoeveelheid gas wordt toegevoegd.

Glascoating

Als je nu eens verder kijkt dan het dashboard, dan kijk je (als het goed is) door de voorruit. Om de lichttransmissie van glas te controleren, maar ook om het glas bijvoorbeeld waterafstotend te maken en tegen mechanische en chemische spanningen te beschermen én om de krasweerstand en bescherming tegen versplintering te verhogen, worden thermische massflowregelaars gebruikt om een coating aan te brengen op de ruit. Tijdens dat proces kunnen gasdebieten afzonderlijk worden gereguleerd om ervoor te zorgen dat er een constante dikte van de coatinglaag wordt gevormd.

Coating op koplampen

In de jaren ’80 werd polycarbonaat geïntroduceerd ter vervanging van koplampengas, maar dat bracht nieuwe problemen met zich mee, want koplampen krijgen natuurlijk veel te verduren omdat ze aan de voorzijde van de auto zitten. Weersinvloeden, krassen, slijtage, allemaal factoren die meespelen in de levensduur en prestaties van de koplamp. Ook hiervoor wordt een coatinglaag aangebracht ter bescherming en die kras- en schuurcoatings worden op de koplampen gespoten met behulp van robots. Een Coriolis massflowregelaar regelt daarin het debiet van de sproeikoppen.

Hydrofobe coating

Nu heb ik het een en ander verteld over oppervlaktebehandeling, maar dat beperkt zich natuurlijk niet alleen tot glas en dashboards. Als doorgewinterde kampeerder weet ik ook als geen ander hoe extreem het weer in de zomer soms kan zijn. Tenten, luifels moeten bestand zijn tegen zware regenval en daarom moet dat materiaal waterafstotend zijn. Om stoffen en textiel hydrofoob te maken, past Empa – een onderzoeksinstituut van het Zwitserse ETH Domain – plasmapolymerisatie toe. Wat houdt dat in? Er worden dunne nanoschaallagen op stoffen en vezels afgezet met behulp van een Bronkhorst Controlled Evaporation and Mixing (CEM) systeem, een innovatief Liquid Delivery System (LDS) dat kan worden toegepast in zowel atmosferische als vacuumprocessen. We hebben het er al eens over gehad in één van onze vorige blogs, dus als je wat dieper in wil gaan op deze techniek, lees dan eens ‘Hydrofobe coating, het antwoord op sporten in de regen’.

Massflowregelaars worden gebruikt om luifels waterafstotend te makenAfbeeldingsomschrijving
Massflowregelaars worden gebruikt om luifels waterafstotend te maken

Geuren

Kamperen is inherent aan koken op een gasstelletje of gasbarbecue. Goed, er zijn natuurlijk ook genoeg mensen die zweren bij barbecueën op kolen, maar in dit geval gaan we even uit van gas. De alom bekende gasfles op de camping; wanneer gas ontsnapt uit een drukcilinder, herken je dat direct aan de indringende geur. Maar zoals Sandra Wassink al eens schreef in haar blog "Hoe massflowregelaars gas een geurtje geven, is aardgas eigenlijk geurloos. Met een massflowregelaar worden namelijk geurstoffen als tetrahydrothiophene (THT) of mecaptan toegevoegd aan het gas, zodat in het geval van bijvoorbeeld een gaslek, het direct te herkennen is. Een stukje veiligheid dus.

barbecue

We blijven nog even in de geuren. ’s Avonds nog even borrelen terwijl de schemering haar intrede doet. Heel romantisch, maar ook op dat moment beginnen de muggen zich te roeren. De vliegenmepper biedt geen uitkomst meer, dus doen we een beroep op de citronellakaars. Een geur zoals citronella kan relatief eenvoudig in kaarsen worden gedoseerd door middel van de Bronkhorst CORI-FILL doseertechnologie. Meer daarover kun je lezen in de blog van Graham Todd, die schrijft over de productie van geurkaarsen.

LED-verlichting

Kaarslicht is natuurlijk heel sfeervol, maar voor de nachtelijke toiletbezoeken op een camping is een kaars niet heel praktisch. Een zaklamp is daarom geen overbodige luxe en tegenwoordig zijn zaklampen voorzien van LED verlichting en ook daarin speelt de technologie van Bronkhorst weer een rol. LED (Light Emitting Diode) werkt volgens zogeheten elektroluminescentie; de emissie van licht van een halfgeleider (diode) onder invloed van een elektrisch veld. Toepassing van bijvoorbeeld een halfgeleidermateriaal als galliumarsenide-fosfide maakt de productie van rode, oranje en gele leds mogelijk.

Afbeeldingsomschrijving

Alles wat ik hiervoor heb beschreven is slechts een fractie van alle kampeergerelateerde toepassingen waar wij als Bronkhorst bij betrokken zijn. Ik hoop in ieder geval dat ik een klein beetje inzicht heb kunnen geven in de belangrijke rol die Bronkhorst speelt in uiteenlopende toepassingen.

Wil je meer informatie over de besproken toepassingen, neem dan gerust contact met ons op.

En lees ook onze blog over een snufje Bronkhorst in je eten en drinken op de camping.

Afbeeldingsomschrijving

Fysische chemie van atmosfeer en verbranding

Fysische chemie van atmosfeer en verbranding

Laure Pillier
Cover Image

Als onderzoeker bij het PC2A-laboratorium heb ik dagelijks te maken met lage flow debieten. Het PC2A-laboratorium (PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère) is een multidisciplinaire publieke onderzoekseenheid van de CNRS/Universiteit in Lille die zich bezighoudt met de fysische chemie van de atmosfeer en verbrandingsprocessen. Fysische chemie is kort gezegd een tak van de chemie die is gericht op de fysisch-chemische eigenschappen van stoffen. De flow instrumenten van Bronkhorst voor het meten en regelen van deze stoffen zijn bij de verschillende onderzoeken essentieel. In deze blog zal ik uitleggen wat ons onderzoek inhoudt en waarom massflowregeling daarbij zo belangrijk is.

Onderzoeksactiviteiten van het PC2A-laboratorium

De onderzoeksactiviteiten van het PC2A-laboratorium hebben te maken met energie en milieu en worden uitgevoerd door zo’n zestig mensen, verdeeld over drie onderzoeksteams die ieder hun eigen discipline hebben.

1. Fysische chemie van verbranding

Het eerste onderzoeksteam houdt zich bezig met de fysische chemie van verbranding. Het verkrijgen van inzicht over hoe het verbrandingsproces eruit ziet staat hier centraal, zoals de vraag hoe vervuilende stoffen zoals stikstofoxide (NOx) en roet zich vormen in vlammen. We ontwikkelen gedetailleerde kinetische mechanismen van de oxidatie en zelfontbranding van stoffen zoals biobrandstoffen, waterstof, synthetische brandstoffen, biomassa en steenkool. Daarvoor maken we dankbaar gebruik van een groot experimenteerplatform dat vlammen kan produceren en is uitgerust met een snelle-compressiemachine en technische toepassingen voor laserdiagnose.

2. Fysische chemie van de atmosfeer

Ons onderzoeksteam 'Fysische chemie van de atmosfeer' bestudeert de chemische kinetica van atmosferische reactiviteit. De twee speerpunten in deze discipline zijn:

  1. Homogene en heterogene atmosferische reactiviteit, gericht op een beter begrip van de transformatie van vervuilende gassen en partikels (pollen, roet) in de atmosfeer;
  2. Luchtkwaliteit met experimentele kenmerking en numerieke simulatie in binnen- en buitenomgevingen, vervuilingsbronnen en de invloed daarvan op onze gezondheid en het klimaat.

Voor deze experimenten ontwikkelen we laboratoriuminstrumenten waarmee we de reactiviteit kunnen meten van belangrijke verbindingen die betrokken zijn bij chemische atmosferische processen, vooral reactieve verbindingen (radicalen). Om deze experimenten goed te kunnen uitvoeren, is het van wezenlijk belang dat we precies weten hoeveel gas in onze reactoren wordt ingevoerd en hoe hoog de concentratie van reactieve stoffen in het chemische systeem is. Hiervoor gebruiken we massflowregelaars van Bronkhorst uit de EL-FLOW Select-serie. Met deze instrumenten kunnen we moeiteloos parametrisch onderzoek verrichten dankzij hun snelle response en hoge graad van reproduceerbaarheid. Bovendien is een consistente flow cruciaal voor een accurate meting.

3. Fysische chemie en nucleaire veiligheid

Ons derde team, een samenwerkingsverband tussen PC2A en de Pôle de Sûreté Nucléaire (PSN) van het IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire), houdt zich bezig met de thermodynamische en chemische reactiviteit van splijtstoffen. Hoofddoel van dit onderzoek is het valideren van schattingen van emissies van radio-contaminanten die vrijkomen bij een kernongeval. Dit doen we aan de hand van modelontwikkeling en experimentele onderzoeken.

Massflowregelaars voor fysische chemie

Ons laboratorium werkt met diverse massflowregelaars van Bronkhorst. Ze zijn gekozen vanwege hun betrouwbare eigenschappen zoals een snelle response en hoge graad van reproduceerbaarheid. Maar ook omdat ze eenvoudig met onze Labview-software kunnen worden gecombineerd. Daarnaast is ook data-export mogelijk en bieden de instrumenten de nodige flexibiliteit om van de ene regelaar naar de andere over te schakelen. Dat alles bij elkaar maakt de regelaars van Bronkhorst tot de ideale instrumenten voor onze onderzoeken. In ons lab gebruiken we thermische massflowregelaars (EL-FLOW Select-serie) en regelaars met een lage drukval (LOW dP-FLOW-instrumenten).

Afbeeldingsomschrijving

Bekijk hier de video over het werkingsprincipe van EL-FLOW Select

Meer informatie over El-Flow Select is te vinden op de productpagina.

Hoe kunnen sporters profiteren van massflowregeling?

Hoe kunnen sporters profiteren van massflowregeling?

Johan van 't Leven
Cover Image

De Tour de France is het afgelopen weekend van start gegaan en wielrenners zijn zich al maanden aan het voorbereiden op dit speciale evenement. Maar, heb je er ooit bij stilgestaan wat massaflowmeting te maken zou kunnen hebben met de prestaties van de wielrenners? Dat is namelijk het volgende.

Een tijdje geleden bracht ik een bezoek aan Relitech in Nijkerk, een bedrijf dat is gespecialiseerd in het ontwikkelen en ontwerpen van klantspecifieke medische oplossingen. Met de twee directeuren Ivar Donker en Henk van Middendorp sprak ik over de activiteiten van Relitech in de medische sector en over hun ‘Metabolen-simulator’. Dankzij hun enthousiasme en toewijding aan hun vak kwam ik tot nieuwe inzichten over waar ze mee bezig zijn en wat het belang van een bedrijf als Relitech is.

Relitech: Directors Ivar Donker en Henk van Middendorp

Directeuren Henk van Middendorp en Ivar Donker

Optimaal presteren, dat is het waar het om gaat in de sport. Sporters dwingen zichzelf tot het uiterste en daarin kunnen de kleinste details grote gevolgen hebben. We hebben het misschien maar over een paar honderdsten van secondes, maar dat bepaalt wel of het goud, zilver of misschien helemaal niks wordt. Als we het hebben over de prestaties van sporters, dan is een belangrijk onderdeel daarin het testen van hun fysieke gesteldheid en conditie. Met die informatie kunnen ze doelgerichter trainen en krijgen ze inzicht in bijvoorbeeld de voedingsstoffen die ze misschien teveel of te weinig binnen krijgen.

Voor het meten van het metabolisme wordt meestal een longfunctieapparaat gebruikt, dat gemakkelijk gekoppeld kan worden aan ECG’s, fietsen en andere apparatuur waarmee cardiopulmonale inspanningstesten kunnen worden gedaan.

De grote vraag is hoe we de beste prestaties krijgen in overeenstemming met wettelijke voorschriften. Het sleutelwoord is validatie en Relitech heeft daarvoor een Metabolen-simulator ontwikkeld. Maar wat doet zo’n apparaat precies?

Cardiopulmonary exercise test

Cardiopulmonale inspanningstest

Metabolen-simulator: kwaliteitscontrole voor ademhalingsproducten

Validatie is niet alleen nodig om de kwaliteit van de longfunctieapparaten te garanderen, ook om te voldoen aan wettelijk vastgestelde eisen. In de huidige situatie is de kwaliteitscontrole op zulke apparaten beperkt, omdat elke sensor (voor O2, CO2 en flow) afzonderlijk is gekalibreerd, de essentiële dynamische interactie tussen de sensoren buiten beschouwing latend. En daarvoor heeft Relitech met zijn ‘Metabolen-simulator’ een compacte en in-field oplossing gevonden.

Metabolen-simulator

Metabolen-simulator

Thermische massflowregelaar

Nu we dichter bij het antwoord komen op de vraag die ik helemaal aan het begin van deze blog stelde, gaan we nog iets dieper op de Relitech simulator in. De Metabolen-simulator is makkelijk mee te nemen en dus ideaal om testen op locatie mee uit te voeren (bijvoorbeeld in een longfunctieapparaat dat voor sporters wordt gebruikt).

De simulator mengt pure stikstof en koolstofdioxide door middel van twee thermische massflowregelaars van Bronkhorst. Door deze twee gassen te mixen kun je real-time ademhalingsgasuitwisseling genereren dat heel dicht in de buurt komt van de echte menselijk ademhalingspatronen. De resultaten worden weergegeven in een zogenaamd capnogram dat lijkt op dat van bijvoorbeeld sporters.

“Het gebruik van massflowregelaars is niet nieuw voor mij,” legt Van Middendorp uit, “omdat ik al lang voordat ik in 2002 bij Relitech kwam betrokken was bij het ontwerpen van longfunctiesystemen.”

“Toen we hier bij Relitech begonnen met het ontwikkelen van de Metabolen-simulator, zochten we naar compacte en zeer nauwkeurige massflowregelaars. Zo kwam ik eigenlijk bij Bronkhorst terecht. Mede dankzij deze compacte thermische massflowregelaars konden we onze simulator nog compacter maken.”

Relitech, reliable technology

Relitech focust zich voornamelijk op de ontwikkeling van elektronica en ingebouwde software voor een hoge betrouwbaarheid in vooral de medische industrie. Met zijn toepassingen voor longfunctiemeting, anesthesie en hyperthermie in combinatie met advisering omtrent meettechnieken ligt de kennis van het bedrijf dan ook vooral op medisch gebied. Hiervoor bezit het bedrijf een ISO13485-certificering. Door nauw samen te werken met verschillende universiteiten, academische instellingen, multinationals en kleine bedrijven heeft Relitech een indrukwekkend en zeer divers portfolio van klanten opgebouwd.

Afbeeldingsomschrijving

Klaar voor de Tour de France

Voor alle sporters wordt het nu echt tijd om de puntjes op de i te zetten. Wie gaat dit jaar de Tour winnen?

Lees ook het succesverhaal over het gebruik van massflowregelaars in de Metabolic Simulator.