Entwicklung und Charakterisierung von High Performance-Gassensensoren

Kurzbeschreibung

© Fraunhofer EMFT

Klimagaskammer zur Charakterisierung von Sensoren

Die Nachfrage nach sensitiven, stabilen und langlebigen Gassensoren steigt kontinuierlich – doch bisher am Markt verfügbare Sensoren können in der Regel nicht alle drei Anforderungen gleichermaßen erfüllen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fraunhofer EMFT arbeiten an optimierten Lösungen für chemische Gassensoren, beispielsweise für CO2. Ein Ziel ist ein besseres Verständnis der Sensoreigenschaften, um für spezifische Anwendungen die am besten geeigneten Sensoren auswählen zu können. Darüber hinaus arbeitet das Team an der Entwicklung neuartiger Gassensoren, die über den derzeitigen Stand der Technik hinausgehen. Durch die enge Kooperation mit zwei Industriepartnern sollen die neuen Erkenntnisse schneller an den Markt transferiert werden.

In ihren F&E-Aktivitäten setzen die Forschenden verschiedene Schwerpunkte: Zum einen synthetisieren sie neuartige Materialien, sogenannte hybride organisch-anorganische Nanomaterialien, die eine hohe Sensitivität gegenüber spezifischen Gasen aufweisen, beispielsweise CO2. Um die Leistung kommerzieller und eigenentwickelter Sensoren umfassend zu testen, hat das Team außerdem einen Gasmessplatz an der Fraunhofer EMFT eingerichtet. Bei der Messanordnung werden die Sensoren unter dem Einfluss verschiedener Gase (CO, CO2, H2S, Aceton, Ethanol, SO2, NOx), charakterisiert. In der Klimagaskammer lassen sich eine Luftfeuchtigkeit zwischen 5% und 90% und Temperaturen von 0°C bis 100°C einstellen, dazu kann ein Gemisch aus bis zu drei Gasen ausgewählt werden. Mittels Impedanzspektroskopie messen die Forschenden die elektrischen Eigenschaften der Sensoren in-situ unter verschiedenen Feuchtigkeitsniveaus.

Des Weiteren hat das Forschungsteam ein miniaturisiertes Evaluationskit entwickelt, welches die Gasmessanlage sinnvoll ergänzt. Mit dem kleinen, etwa handtellergroßen Gerät lassen sich die Ansprech- und Erholungszeiten der Sensoren exakt messen. Eine konventionelle Gasmessanlage ist dafür ungeeignet, da ein vollständiger Gasaustausch in der Prüfkammer in der Regel mehrere Minuten dauert. Die Vorrichtung besteht aus einem PEEK-Deckel, der mit einem Dichtring auf eine Leiterplatte geschraubt ist. Auf dieser sind drei Sensorbuchsen positioniert, um eine Gaswechselzeit und ein Messintervall von ca. 350 ms zu erreichen.