Halbleiter-Metalloxid für präzisere Gassensoren

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Deutlich verbesserte Gassensoren lassen sich mit Halbleiter-Metalloxiden herstellen. Die entwickelten Sensoren auf Basis von SMOX erkennen sehr präzise ein breites Spektrum flüchtiger Gase.

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Verbesserte Gassensoren: Auf Basis von Halbleiter-Metalloxiden haben Wissenschaftler kleine und präzsie Sensoren entwickelt, die ein breites Spektrum an Gasen detektieren.
Verbesserte Gassensoren: Auf Basis von Halbleiter-Metalloxiden haben Wissenschaftler kleine und präzsie Sensoren entwickelt, die ein breites Spektrum an Gasen detektieren.
(Bild: General Electric)

Forschern von General Electric ist es jetzt gelungen, die Gassensorik auf Basis von Halbleiter-Metalloxiden deutlich zu verbessern. Herkömmliche Metalloxid-Gassensoren haben ein nicht-lineares Ansprechverhalten und sind Signalschwankungen unterworfen bzw. stören unterschiedliche Gase den Sensor und damit das Messergebnis. Herkömmliche Sensoren verändern ihren elektrischen Widerstand abhängig von der chemischen Umgebung, erkennen somit ein spezifisches Gas, sind allerdings weniger präzise.

Die Forscher verwendeten eine dielektrische Anregung, um einen Gassensor auf Basis von SMOX (Semiconducting Metal Oxides) mit einer linearen Reaktion, einem erweiterten dynamischen Bereich und deutlich reduzierten Feuchtigkeits- und Umgebungstemperatureffekten zu entwickeln. Als SMOX wurde herkömmliches n-Typ-Zinnoxid verwendet.

Es stellte sich heraus, dass der Imaginärteil der Wechselstromimpedanz in einem bestimmten Frequenzbereich über einen großen Bereich von Gaskonzentrationen eine lineare Sensorreaktion liefert. Getestet wurde die Technik an einem breiten Spektrum flüchtiger Gase, darunter Benzol, Toluol, Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Ethan, Propan, Acetylen, Methanol, Ethanol, Aceton und Formaldehyd.

Vergleich mit Laboranalysegeräten

Somit waren die Forscher in der Lage, einen kleinen Gassensor zu entwickeln, der mit Laboranalysegeräten mithalten kann. Als Material kam konventionelles n-Typ-Zinnoxid zum Einsatz. Die Forscher zeigten in ihrer Veröffentlichung auf, dass der Ansatz der dielektrischen Anregung auf eine Vielzahl von n- und p-Typ SMOX-Materialien für die Anwendung als Gassensoren in tragbaren Messgeräten, in der autonomen Robotik, in der häuslichen Gesundheitsüberwachung oder in Sensornetzwerken eingesetzt werden kann.

Die Forscher beschreiben ein Szenario mit einem drahtlosen Sensorknoten, bei dem mit einer unbemannten Drohne die Umwelt und Industrieanlagen auf bestimmte Gase überwacht werden kann. Mit herkömmlichen Sensormaterialien ist es also möglich, eine sehr „spezifische und zielgerichtete elektrische Anregung zu erzielen, um eine gewünschte Eigenschaft des Sensors zu erhalten. Das lässt sich mit herkömmlichen Techniken nicht erreichen“, sagte Radislav Potyrailo von General Electric und einer der Hauptautoren der wissenschaftlichen Studie.

Die Original-Nachricht bei eeNews.

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