Luftgütemessung:
Neue Herstellungsmethode von Nano-Gassensoren öffnet Türen

Gezielte Messung einzelner Luftkomponenten rückt ein Stück näher

Mit einem völlig neuen Herstellungskonzept von Nano-Gassensoren lässt ein Forscherteam rund um Harald Plank vom Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz aufhorchen: Sie haben die spezielle Nanostruktur eines an sich gewöhnlichen Gassensors erstmals mittels der sogenannten fokussierten Elektronenstrahlabscheidung hergestellt. Diese neue Herstellungsmethode erlaubt es, das Konzept von Nano-Gassensoren viel weiter zu denken: Oberflächen von Nanostrukturen könnten mit dieser Methode weiter funktionalisiert werden und damit beispielsweise die gezielte Messung einzelner Luftkomponenten und damit detaillierte Abgas- oder Giftstoffmessungen mittels mobiler Endgeräte ermöglichen. Die Arbeit wurde kürzlich im Fachjournal "Nanotechnology" veröffentlicht.

Gassensoren in Nanogröße, mit denen man beispielsweise über Mobiltelefone die Luftfeuchtigkeit messen kann, sind an sich nichts Neues. Die Nanostruktur der Sensoren wird bislang allerdings aufwändig mit lithografischen Methoden hergestellt, die darüber hinaus auf unebenen Oberflächen nur sehr schlecht funktionieren. Relativ neu ist die Methode der fokussierten Elektronenstrahlabscheidung, kurz FEBID, mit der Nanostrukturen mit einer Art direkten "Schreibmethode" ohne jegliche Vor- und Nachbereitung hergestellt werden können. Nach der Erforschung der Grundlagen werden erst seit kurzem versuchsweise anwendungsorientierte Nanostrukturen mittels FEBID hergestellt. Gemeinsam mit Kollegen der Universität Graz gehört Harald Plank vom Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz zu den Vorreitern: Sie haben den weltweit ersten FEBID-basierten nanoskopischen Gassensor entwickelt.

Nanosensoren für alle Fälle

Der bislang einzigartige Nanosensor ist nicht nur besonders leistungsfähig und schnell hergestellt, sondern birgt zudem großes Potential: Der völlig neue Herstellungsprozess funktioniert auch auf unebenen Oberflächen – nachdem die Eigenschaften von Nanostrukturen ganz wesentlich vom jeweiligen Material abhängen, eröffnen sich dadurch neue Anwendungsmöglichkeiten. "Wir wollen nun nanoskopische Oberflächen funktionalisieren und damit ganz spezialisierte Nanosensoren entwickeln – um beispielsweise nicht nur die Luftfeuchtigkeit via Nanosensor im Handy zu messen, sondern auch den Gehalt an CO oder Schwefel", skizziert Plank die nächsten Schritte. Besonders interessant wäre diese neue Art von Nano-Gassensor für umweltrelevante Luftgütemessungen, etwa verkehrsbedingte Abgase. Denkbar ist auch die Messung von Giftstoffen mittels mobiler Endgeräte. "Ein weiterer Riesenvorteil: Mit der neuen Methode hergestellt, ist der Nano-Gassensor auch in flüssigen Umgebungen einsatzfähig. Damit eröffnen sich auch medizinische Anwendungen – beispielsweise die direkte Messung einzelner Bestandteile im Blut", betont Plank.

Die Arbeit wurde kürzlich im renommierten Fachjournal "Nanotechnology" veröffentlicht und entspringt einer Kooperation von TU Graz, Universität Graz, dem NanoTecCenter Weiz und der Johann Wolfgang Goethe Universität in Frankfurt. Unterstützt wurde das Forschungsvorhaben von der ACR (Austrian Cooperative Research) in Wien.

Originalpublikation: Florian Kolb, Kerstin Schmoltner, Michael Huth, Harald Plank et al: Variable tunneling barriers in FEBID based PtC metal-matrix nanocomposites as a transducing element for humidity sensing. Nanotechnology 24, 2013.

Video des FEBID-basierten Nano-Gassenor

Bildmaterial bei Nennung der angeführten Quellen honorarfrei verfügbar.