6.2.2 - Optisch auslesbare Gassensoren auf Basis von Photonischen Kristallen: Optische Wasserstoffdetektion mit WO3 Inversopalen

Event
18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016
2016-05-10 - 2016-05-11
Nürnberg, Germany
Chapter
6.2 Optische Gassensoren
Author(s)
S. Amrehn, D. Klawinski, S. Vetter, X. Zhang, X. Wu, T. Wagner - Universität Paderborn, Paderborn (Deutschland)
Pages
443 - 448
DOI
10.5162/sensoren2016/6.2.2
ISBN
978-3-9816876-0-6
Price
free

Abstract

In vielen industriellen und chemischen Anlagen sowie im Verkehrswesen sind Hochtemperatur-Prozesse für etwa 85 % des Energieumsatzes und somit gleichzeitig auch für den größten Teil anthropogener CO2-Emmissionen verantwortlich. Für die effiziente Regelung dieser Prozesse ist eine möglichst genaue Erfassung von Prozessparametern, insbesondere der Prozessgase, notwendig. Für diesen Zweck werden vor allen Dingen stabile Gassensoren benötigt. Einen möglichen Lösungsansatz bietet eine neue Klasse von Transducer-Materialien, die sogenannten photonischen Kristalle aus Metalloxiden. Diese Materialien kombinieren die Signalerzeugung chemischer Sensoren (resistiv, Halbleiter basiert) mit optischer Signalauslesung. Im Folgenden wird ein erster Machbarkeitsnachweis mit Hilfe von photonischem Wolframoxid (WO3) präsentiert. Durch Strukturierung in der inversen Opalstruktur besitzt das photonische WO3 eine strukturspezifische Reflexionsbande bzw. Farbe. Es wird gezeigt, dass diese Farbe sich bei Kontakt mit Wasserstoff (H2) in verschiedenen Konzentrationen (20-55 % H2 in Luft) reversibel verändert. Die Konzentration kann somit kontaktlos durch eine optische Messung detektiert werden. Die Notwendigkeit der elektrischen Kontaktierung entfällt und erlaubt somit prinzipiell die Messung der Gas-Spezies bis an die Stabilitätsgrenze des Transducers ohne Beschränkung durch die Kontaktierung. Neben den ersten Ergebnissen der H2-Messungen werden auch erste Untersuchungen zu möglichen Quereinflüssen vorgestellt.

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