Ladungstransport und Degradationsphänomene in Kompositen aus 2D-Kohlenstoff mit nanoskaligen Kupferchalcogeniden in Gegenwart von Kohlendioxid bei Raumtemperatur für miniaturisierte Gassensoranwendungen - CO2Dsense

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Thomas Hirsch; Dr. Guenther Ruhl
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555783035

Gassensoren ermöglichen die Überwachung der chemischen Umgebung des Menschen, die kurz- oder langfristig das Wohlbefinden erheblich beeinträchtigen oder sogar das Leben gefährden kann. Eines der am häufigsten vorkommenden Umweltgase ist Kohlendioxid, das sowohl für die direkte (z. B. Raumluftqualität) als auch für die globale Umwelt (Erdatmosphäre) des Menschen wichtig ist. Daher ist eine engmaschige Überwachung der Kohlendioxidkonzentration für die Lebensqualität äußerst wünschenswert. Voraussetzung dafür ist die Verfügbarkeit erschwinglicher Sensoren, die durch einfache Herstellung und einen kleinen Formfaktor erreicht werden. Gassensoren auf Graphen-Basis bieten beides, und bestechen durch ein großes Potenzial als Lösung für weitreichende Anwendungen. Eine häufig in Betracht gezogene Anwendung wäre die Integration von Gassensoren in Mobiltelefone zur Überwachung der Luftqualität in Innenräumen. Deren Umsetzung leidet jedoch immer noch unter dem großen Formfaktor herkömmlicher Kohlendioxid-Sensoren und Problemen mit dem Sensormaterial selbst, das bisher durch Instabilität und schlechte Selektivität eingeschränkt ist, wenn ein solcher Sensor bei geringer Leistung und Umgebungstemperatur betrieben werden muss. Dieser Herausforderung widmet sich dieses Projekt, indem es Kupferoxid-Nanopartikel auf einer Graphenschicht erforscht, um eine empfindliche und selektive Kohlendioxid-Erkennung bei Raumtemperatur zu ermöglichen. Die Hauptziele dieses Forschungsvorhabens bestehen darin, a) die kontrollierte Abscheidung definierter Kupferoxid-Nanopartikel auf defektfreiem Graphen mit verschiedenen Methoden (gepulste Laserabscheidung, lösungsmittelunterstützte Abscheidung) zu untersuchen; b) den Adsorptions- und Erkennungsmechanismus von Kohlendioxid auf Kupferoxid-/Graphenoberflächen durch In-situ-Analysetechniken wie Raman-Mikroskopie und XPS-Studien zu untersuchen; c) den Ladungstransport und den elektrischen Leitungsmechanismus des Verbundmaterials in Gegenwart verschiedener Gase zu verstehen; d) die Langzeitstabilität der Sensoroberfläche und das Verständnis ihrer Degradationsmechanismen unter Umgebungsbedingungen zu ergründen. Es wird erwartet, dass das Projekt eine solide wissenschaftliche Grundlage für das Verständnis chemiresistiver Kohlendioxidsensoren aus Kupferoxid/Graphen-Verbundwerkstoffen erzielt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen