Sensor-Chip aus Verbundwerkstoff

Sensor aus neu entwickeltem Verbundwerkstoff misst Kohlendioxid (CO2).

Materialwissenschaftler der ETH Zürich / CH und des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam entwickelten einen neuartigen Sensor, der Kohlendioxid (CO2) messen kann. Er ist viel kleiner, einfacher konstruiert und braucht sehr viel weniger Energie als bestehende Sensoren, von denen er sich im Funktionsprinzip komplett unterscheidet. Der neue Sensor besteht aus einem neuentwickelten Verbundwerkstoff, der mit CO2-Molekülen wechselwirkt und in Abhängigkeit der CO2-Konzentration in der Umgebung seine Leitfähigkeit ändert. Die ETH-Wissenschaftler haben mit dem Material Sensor-Chips gebaut, mit denen sie mit einer einfachen Messung des elektrischen Widerstands die CO2-Konzentration eruieren können.Aus «ionischen Flüssigkeiten» hergestellte Polymere wurden mit bestimmten anorganischen Nanopartikeln gemischt, die mit CO2 wechselwirken. Aus den beiden Materialien stellten die Wissenschaftler einen Verbundwerkstoff her, wobei weder das Polymer noch die Nanopartikel einzeln elektrisch leitend sind. Nach dem Mischen der beiden Komponenten in einem bestimmten Verhältnis nimmt die Leitfähigkeit rapide zu, wobei die Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs bei Umgebungstemperatur CO2-abhängig ist. Aus bisherigen chemoresistiven Materialien gebaute Sensoren mussten auf eine hohe Betriebstemperatur geheizt werden, um CO2 – detektieren zu können. Beim neuen Verbundwerkstoff ist dies nicht nötig, was die Anwendung deutlich erleichtert.
Mit dem neuen Sensor können die Wissenschaftler die CO2-Konzentration in einer großen Bandbreite messen: von der Konzentration in der Erdatmosphäre von 0,04 Volumenprozent bis zu 0,25 Volumenprozent.Bestehende CO2-Messgeräte funktionieren meist optisch und nutzen die Tatsache, dass CO2 Infrarotlicht absorbiert. Im Vergleich mit diesen Geräten können nach Angabe der Forschenden mit dem neuen Material sehr viel kleinere, portable Geräte entwickelt werden, die außerdem weniger Energie benötigen.


Quelle: ETH Zürich

Bild: Fabio Bergamin / ETH Zürich – Winziger CO2-Sensor: Chip mit einer dünnen Schicht eines Polymer-Nanopartikel-Verbundmaterials.
Erstellt am 23. Juni 2015
KK

Menü