Untersuchung von porösen Nanopartikelstrukturen unter Beleuchtung für die Anwendung als Gassensoren

• Antragsteller: Dr. Nicolae Barsan; Professor Dr.-Ing. Lutz Mädler
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419896563

Unsere Langzeitvision "Photologic" ist die Realisierung eines einfachen und kompakten Sensordevice, welches bei Raumtemperatur betrieben wird und die eindeutige Detektion unterschiedlicher Gase in einem Gasgemisch ermöglicht. Das Konzept basiert auf einer gestapelten mehrschichtigen Nanopartikelstruktur unter Beleuchtung, bei der einzelne Schichten selektiv mit geeigneten Wellenlängen aktiviert werden.Während kommerzielle resistive Gassensoren alle bei Temperaturen um 300°C betrieben werden, sind die Auswirkungen der Beleuchtung auf poröse Nanopartikelschichten völlig unterschiedlich und müssen für die Gassensorik und andere (photo-) katalytische Prozesse in porösen Partikelstrukturen grundlegend verstanden werden.Im Gegensatz zu einem Sensor mit konstanter Temperatur, bei der die Sensoreigenschaften über die Partikelschicht homogen sind, nimmt die Lichtintensität innerhalb einer beleuchteten Schicht gemäß dem Lambert-Beer-Gesetz ab. Somit hängen die Sensoreigenschaften von der tatsächlichen Position innerhalb der Schicht ab. Ziel unseres Antrags ist es, grundlegend zu verstehen, wie sich diese inhomogene Beleuchtung innerhalb der porösen Partikelschicht verbreitet und wie dies die Mechanismen der Gasdetektion im Vergleich zu den bekannten Effekten in beheizten Sensoren beeinflusst. Durch die Kombination von Experimenten und Simulationen mit Hilfe der Diskreten-Element-Methode (DEM) erwarten wir signifikante Einblicke in die Auswirkungen der Beleuchtung auf der Nanopartikelskala. Diese strukturelle Information würde das Verständnis der Prozesse in porösen Nanopartikelschichten unter Beleuchtung erheblich verbessern. Das erlangte Wissen ermöglicht ein Proof-of-Concept unseres Photologic Devices.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen