Forscherteam des Instituts für Akustik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelt neuartigen Stickstoffdioxidsensor

de.wedoany.com-Bericht: Am 22. Juli gelang dem Forscherteam um Wang Wen vom Institut für Akustik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die erfolgreiche Entwicklung eines neuartigen Sensors, der Stickstoffdioxid bei Raumtemperatur hochempfindlich nachweisen kann. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nano Research“ veröffentlicht.

Stickstoffdioxid ist ein häufiges Schadgas in Industrie- und Kfz-Abgasen und stellt eine potenzielle Gefahr für die menschlichen Atemwege und die ökologische Umwelt dar. Herkömmliche Stickstoffdioxidsensoren benötigen in der Regel eine hohe Temperatur, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen, was mit einem hohen Energieverbrauch und eingeschränkter Stabilität verbunden ist. Die Technologie zur Detektion von Spurengasen, die bei Raumtemperatur stabil arbeitet, ist seit jeher ein Schwerpunkt der Umweltüberwachungsforschung.

Das Team um Wang Wen kombinierte innovativ Platin-Nanocluster-Materialien mit der Technologie akustischer Oberflächenwellenbauelemente. Es synthetisierte Platin-Metallcluster mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 2,4 Nanometern, die gleichmäßig auf der Oberfläche von Graphenoxid als empfindliche Schicht aufgebracht und in akustische Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen integriert wurden. Wenn Stickstoffdioxidmoleküle von der empfindlichen Schicht eingefangen werden, lösen sie einen Elektronentransfer aus. Das akustische Oberflächenwellenbauelement wandelt den Adsorptionsprozess durch Massenbelastungs- und akustoelektrische Kopplungseffekte in ein messbares elektrisches Signal um.

Experimentelle Daten zeigen, dass die Nachweisgrenze des Sensors für Stickstoffdioxid bei Raumtemperatur bei nur 20 ppb liegt, die Empfindlichkeit beträgt 45,4 mV/ppm, die theoretische Nachweisgrenze liegt bei etwa 6 ppb und die Ansprechzeit bei etwa 50 Sekunden. Das Bauelement weist eine gute Selektivität gegenüber häufigen Störgasen wie Wasserstoff, Ammoniak und Methan auf. Nach 30-tägiger Lagerung behält es 90,5 % seiner ursprünglichen Leistungsfähigkeit und zeigt eine gute Wiederholbarkeit und Langzeitstabilität.

Wang Wen erklärte, dass diese Forschung neue Ansätze für die Entwicklung von Gassensoren mit geringem Stromverbrauch und hoher Empfindlichkeit für den Betrieb bei Raumtemperatur biete und voraussichtlich eine wichtige Rolle in Bereichen wie der Luftqualitätsüberwachung und der Sicherheit in der industriellen Produktion spielen werde.