REM-Abbildung des Querschliffs von einem Sensor mit TBE-Konfiguration zeigt: 1- obere Pt Elektrode (200 nm) 2- TiO2-Sensorschicht (2 µm) 3- untere Pt-Elektrode (200 nm)
Gassensoren
Halbleitende metalloxidische und nanostrukturierte Sensormaterialien (hauptsächlich dotiertes SnO2 und TiO2) werden durch Abscheidung auf interdigitalen Elektroden (IDE) mittels Sputterverfahren hergestellt und eignen sich durch Widerstandssensorprinzip zur Detektion von Emission bei Hochtemperaturen für die Umwelt-Monitoring. Auf diesen sehr anspruchsvollen Einsatzbereichen angepasst werden spezielle Sensordesigns und Herstellungsverfahren zum Bauteilintegrierten Einsatz entwickelt. Der Aufbau von Sensorarrays und der Einsatz von Katalysatorfiltern in verschiedenen Dotierungsarten und Zusammensetzungen ermöglicht es, NO2 in einem breiten Konzentrationsintervall (5-1000 ppm) und weiten Temperaturbereich (300°C bis 900°C) unter Verbrennungsgasgemischen (z.B. CO, O2, NO2, usw.) selektiv und mit einer geringen bis vernachlässigbarer Querempfindlichkeit zu detektieren. Sensorprinzipien werden durch Modellierung und Anpassung an Impedanz-Ersatzschaltbilder untersucht. Durch die Verwendung von Top-Bottom Elektroden (TBE) Sensorkonfiguration und das Nutzen des gleichen halbleitenden Sensormaterials wie dieses von Widerstandsensoren kann Vier- bis Fünffache Sensitivitätserhöhung für Stickoxiden (NO2) bei Gastemperaturen unterhalb 200°C (ohne Heizer) und für Wasserstoff (H2) schon bei RT erreicht werden. Diese neuartige Sensorkonfiguration beruht auf dem Prinzip der Widerstandsschaltung und somit ermöglicht einen schnellen Elektronentransfer durch die dünne Sensorschicht (1-2 µm). Mittels Sol-Gel Abscheidung hergestellte Au-dekorierte TiO2 Sensormaterialien auf IDE wird sehr geringeren SO2-Konzentrationen (< 5 ppm) bei 400-700°C (mit Heizer) detektiert. Das Ziel hierbei ist die Erreichung ähnlicher Messdaten unter real atmosphärischen Bedingungen nach Schadstoffbelastungen infolge der Naturereignisse.
Energiespeicher (Superkondensatoren)
Die Entwicklungen der Abteilung konzentrieren sich auf die Synthese von nanostrukturierten Elektrodenmaterialien für Mikro-Superkondensatoren, die leicht, ultra-klein und leistungsfähig sind. Nano-basierte Materialien/Elektroden ermöglichen hohe Oberflächen (damit hohe Energiedichte) und einen hohen Ordnungsgrad des Elektrodenmaterials (schnelle Energieübertragung). Hierzu bedarf es insbesondere der Entwicklung der negativen Elektrode auf Basis von Graphen, Nanokohlenstofffasern und Nanodiamanten sowie der Entwicklung der positiven Elektrode durch Nanostrukturierung von ultradünnschichtigen Metalloxiden. Das Bild zeigt eine Drei-Elektroden Zelle zur zyklischen Lade-Entlade (CCD)-Charakterisierung von diesen neu entwickelten Elektroden.
Energieautarke Sensoren
Zukunftsträchtigen Anwendungsfelder für elektrische Energiespeicher mit nanostrukturierten Elektroden spannt den Bogen von der Sensorsystemen und drahtlosen Datenspeicherung/-übertragung bis zur dezentralen Energiegewinnung durch Energie-Wandler z.B. an Wärme-gradierten Umgebungen oder an vibrierenden Teilen von Flugzeugen, Hubschraubern, Fahrzeugen und anderen Energie-relevanten Systemen. Somit wird eine langzeitige eigenständige Operation von autarken Modulen zur Kondition-Monitoring und Detektion ermöglicht.