Neue optische Gassensoren
Von den derzeit untersuchten Gassensoren wurden im NANOPHOS-Projekt hauptsächlich optische Sensoren erforscht. Die Attraktivität von Zinkoxid-Dünnfilmsensoren für die Erkennung geringer Konzentrationen sowohl reduktiver als auch oxidativer Gase ist aufgrund ihrer Empfindlichkeit und Selektivität gestiegen. Bei der Interaktion von Gaskomponenten mit der empfindlichen Filmoberfläche können Veränderungen der chemischen oder physikalischen Eigenschaften beobachtet werden. Die Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit von Messungen der Gaskonzentration wurde von Projektpartnern am Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei in Rumänien untersucht. In der Vergangenheit wurden verschiedene Basisstoffe wie Zinkoxid (ZnO), Siliziumdioxid (SiO2) und Metall-Acetylacetonate sowie deren Kombinationen für diesen Zweck getestet. Die NANOPHOS-Projektpartner haben ZnO, das im Bereich sichtbarer Wellenlängen hochtransparent ist, als vielversprechenden Kandidaten isoliert. Der Brechungsindex von ZnO-Sensormedien ändert sich bei Reaktion mit reduzierenden Gasen wie Wasserstoff (H2), Stickoxiden (NOx) und Schwefeloxiden (SOx). Mithilfe von Laserstrahlverdampfen (Pulsed Laser Deposition, PLD) wurden SiO2-Substrate mit hoher Transparenz im sichtbaren und nahe dem Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums mit einem dünnen ZnO-Film beschichtet. Ein KrF-Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248nm wurde für das Aufbringen der hochwertigen ZnO-Schicht sowie mit Gold (Au) dotierter dünner ZnO-Filme verwendet. Anschließend wurde die Reaktion der ZnO-Filme als Sensorelemente mit unterschiedlichen Konzentrationen von in Stickstoff gelöstem Butan mithilfe der M-Line-Detection-Technik getestet. Es wurden äußerst geringe Butankonzentrationen bis zu 100ppm erkannt. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung optischer Gasdetektoren mit beeindruckenden Vorteilen gegenüber herkömmlichen elektrischen Geräten. Integriert in einen miniaturisierten optischen Gassensor mithilfe integrierter optischer Schaltkreise (Integrated Optical Circuits, IOC) stellen diese eine vielversprechende alternative Lösung dar.
