AG Nanosensorik

AFM-AufnahmeIm Zentrum der Aktivitäten im Bereich „Nanosensorik“ stehen chemische Sensoren, die in der Gasphase arbeiten. Diese zeichnen sich durch große (innere) Oberflächen aus, um eine maximale Wechselwirkung mit den zu detektierenden chemischen Stoffen zu ermöglichen. Diese große Oberfläche wird durch den Einsatz von nanoskopischen oder nanoporösen Materialien als empfindliche Schichten realisiert. Das setzt die Herstellung geeigneter Nanopartikeln und Nanostrukturen voraus. Für die Anwendung in der Gasphase (z. B. für die Atemanalyse im medizinischen Bereich oder die Betriebsstoff- und Umgebungsanalytik für Industrie 4.0-Anwendungen) wurde, z. T. in Zusammenarbeit mit anderen Instituten der TUBAF, bereits eine Vielzahl sensitiver Materialien am IESM entwickelt und untersucht. Hierzu gehören selbstorganisierende Nanokomposite auf Basis von Metall-Nanopartikeln (NP) und verschiedener organischer Linker, Koordinationspolymere, metallorganische Netzwerke (MOFs) und graphenbasierte Materialien. Diese sind miniaturisierbar, in ihrer Zusammensetzung leicht zu variieren und daher vielversprechend für hochempfindliche Sensoren. Nanoporöse Metalloxide (als Luftfeuchtesensor) sind ebenfalls Untersuchungsgegenstand des Instituts. Diese sensitiven Materialien werden auf am IESM entwickelten Wandlern abgeschieden. Hierbei dienen einkristalline Si-Wafer, Glas, Polymere oder auch Papier als Substrate für Interdigitalelektroden, die ein Auslesen resistiver oder kapazitiver Signale ermöglichen. Um ein grundlegendes Verständnis für die Funktionsweise der Sensoren zu entwickeln, wird am IESM eine Vielzahl von sensorischen Tests während der Wechselwirkung mit den zu detektierenden Molekülen durchgeführt.

Im Bereich Hochtemperatursensoren entwickelt das IESM monolithische potentiometrische Festelektrolytsensoren für die Anwendung in der Floatglasindustrie zur Detektion von H2S entweder in der Gasphase oder der Zinnschmelze.

Ein zusätzliches Querschnittsthema für die Arbeitsgruppe „Nanosensorik“ ist die Beschichtungstechnologie, da alle sensitiven Materialien entweder auf Wandler zum Messen aufgebracht oder mit Metallelektroden versehen werden müssen, um ausgelesen werden zu können. Dabei spielen Oberflächenmorphologie und -zusammensetzung eine entscheidende Rolle für die Benetzungs- und Hafteigenschaften der sensitiven Schichten.