Schwefelwasserstoff-Schwellenwertsensoren
Schwefelwasserstoffgas (H2S) ist unter anderem ein wichtiges Leitgas für die Regelung von Biogasanlagen und muss deshalb zum Schutz von Mensch und Maschine gemessen werden. Zu diesem Zweck sollen Schwellenwertsensoren zur H2S- Detektion basierend auf Perkolationseffekten in nanostrukturierten Kupferoxidmaterialien erforscht werden.
Kupferoxidfilme (CuO, p-Typ Halbleiter) zeigen bei Angebote von Schwefelwasserstoffgas einen sprunghaften Leitwertanstieg um mehrere Größenordnungen, der sich mit Hilfe der Perkolationstheorie beschreiben lässt. Durch chemische Reaktionen des H2S mit dem CuO entstehen auf dessen Oberfläche Kupfersulfidinseln (CuS, degenerierter p-Typ Halbleiter, metallische Leitfähigkeit), welche sich ab einer bestimmten Gasdosis (Gaskonzentration x Zeit) zu hoch leitfähigen Pfaden vernetzten. Dieser Effekt kann für die Dosismessung genutzt werden.
Die Dosis, bei der das Schalten des Filmes stattfindet, ist durch die Geometrie festgelegt und kann nur in gewissen Grenzen durch die Betriebstemperatur gesteuert werden. Zusätzlich sind die Filmsensoren nicht regenerierbar, da es während der Phasenumwandlung zu morphologischen Veränderungen im Film kommt.
Im Rahmen des Projektes wird mit Hilfe verschiedener Nanostrukturierungsverfahren die CuO-Geometrie modifiziert und somit die Schaltschwellen variiert (siehe Abbildung 1). Die Verwendung von geeigneten Nanokompositmaterialien ermöglicht weiterhin die Stabilisierung der Strukturen (z.B. durch Unterbindung von Migrationseffekten) und erlaubt so die Herstellung regenerierbarer Sensoren. Zusätzlich zur experimentellen Erforschung der zu Grunde liegenden Perkolationseffekte werden die Ergebnisse mit Hilfe von theoretischen Modellsystemen analysiert