Sensor-Chip aus Verbundwerkstoff Dienstag, 23.06.2015
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
