Photonische CuxO-Strukturen als kolorimetrische CO/CO2-Sensoren

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Kaline Pagnan Furlan, Ph.D.; Dr. Diego Ribas Gomes
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542925291

Dieses Projekt zielt darauf ab, selbsttragende, kennzeichnungsfreie, colorimetrische Sensoren zur Detektion von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) zu entwickeln. Dabei wird das Konzept anpassbarer 3D-photonischer Strukturen aus Kupferoxiden (CuxO) genutzt. Diese 3D-Strukturen weisen eine Modulation des Brechungsindex auf, entweder mit langer oder kurzer Periodizität, was zu photonischen Bandstopps oder Reflexionskanten führt, die sich als Strukturfarben im sichtbaren Wellenlängenspektrum manifestieren. Die Hypothese dreht sich darum, die Phasenänderungen in CuxO durch die Wechselwirkung mit CO/CO2 zu nutzen, was zu sichtbaren Verschiebungen in der Strukturfarbe führt und eine einfache, visuelle Beurteilung der Gasexposition ermöglicht, ohne auf externe Stromversorgung oder Elektronik angewiesen zu sein. Aufbauend auf unserer Expertise in der Manipulation der reflektiven Eigenschaften photonischer Strukturen besteht das Ziel darin, CuxO-photonische Strukturen mit kurzreichweitiger Ordnung zu schaffen, die als photonische Gläser (PhGs) bezeichnet werden. Diese PhGs weisen aufgrund reaktionsinduzierter Änderungen des Brechungsindex eine einstellbare Strukturfarbe auf. Das Projekt wird das Zusammenspiel der Parameter der 3D-photonischen Struktur, wie Makroporengröße, Volumenfüllung und Oxidphasenverhältnisse, untersuchen, um deren colorimetrische Reaktion vor und nach der Exposition gegenüber CO/CO2 zu beeinflussen. Der Fokus liegt auf In-situ-Charakterisierungsmethoden, die die durch Gasexposition und Gas-Feststoff-Reaktionen hervorgerufenen Morphologieveränderungen und Änderungen der optischen Eigenschaften verfolgen. Das ultimative Ziel ist die Bereitstellung eines benutzerfreundlichen, auf photonischer Basis arbeitenden, kennzeichnungsfreien colorimetrischen Sensors zur einfachen Beurteilung der Gasexposition.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen