Sauerstoff ist sowohl in der Industrie als auch in der Medizin und der Umweltforschung ein wichtiger Parameter, der häufig in Gasgemischen gemessen werden muss. Dazu bedarf es zuverlässiger, effizienter und kostengünstiger Sensoren. Ein Forschungsteam der ETH Zürich hat einen solchen Sensor entwickelt. Er soll Sauerstoff in komplexen Gasgemischen präzise messen können.
Vorteile des Sensors aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Der entwickelte Sensor verspricht eine hohe Empfindlichkeit und kann Sauerstoff bereits in sehr geringen Konzentrationen nachweisen. Zudem kann er Sauerstoff auch bei höheren Konzentrationen messen und ist unempfindlich gegenüber Störgasen wie Feuchtigkeit. Ein weiteres Merkmal stellt der geringe Stromverbrauch dar, der ihn für den Einsatz in mobilen Messgeräten qualifizieren soll.
Sauerstoff messen: Wie funktioniert der Sensor?
Der Sensor basiert auf einem Verbundstoff aus Titandioxid und Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Diese Röhrchen arbeiten bei Zimmertemperatur und benötigen keine Erhitzung. Um Sauerstoff zuverlässig von anderen Gasen unterscheiden zu können, ließen sich die Forschenden von Farbstoffsolarzellen inspirieren, in denen spezielle Moleküle Licht in Strom umwandeln. In ihrem Sensor überträgt der Fotosensibilisator bei grünem Licht Elektronen auf die Titandioxid-Nanoröhrchen und aktiviert so den Sensor. Der Sauerstoff beeinflusst den Elektronenfluss und verändert so den Widerstand des Materials. Diese Änderung kann gemessen und auf die Sauerstoffkonzentration zurückgeführt werden.
Anwendungsmöglichkeiten
Der Sensor könnte in vielen Bereichen zum Einsatz kommen. Zum Beispiel in der Luftüberwachung, der Analyse von Autoabgasen oder der Früherkennung von verdorbenen Lebensmitteln. Der Sensor könnte auch im Umweltmonitoring eingesetzt werden, zum Beispiel zur Überwachung von Gewässern oder Böden.
Weiterentwicklung und Ausblick
Das Forschungsteam der ETH hat den Sensor bereits zum Patent angemeldet. In Zukunft wollen die Forschenden das Konzept auf andere Gase ausdehnen, die in der Umwelt eine Rolle spielen, zum Beispiel auf den Nachweis von stickstoffbasierten Schadstoffen, die in der Landwirtschaft zu Überdüngung führen und Böden und Gewässer belasten. Damit könnte die Technologie auch einen Beitrag zur Reduktion von Umweltbelastungen leisten.
