Das Ziel des Projekts NanoSense war die Entwicklung und Herstellung von chemischen Nanosensoren auf Basis ultradünner SnO2-Filme als Sensorschichten. Die Gassensoren sind mit hochspezifischen mono- und bimetallischen Au/Pt-Nanopartikeln funktionalisiert, um das toxische Gas Kohlenmonoxid (CO) im Konzentrationsbereich von 1 - 50 ppm in der Umgebungsluft nachzuweisen.
Das Materials Center Leoben (MCL) entwickelt Prototypen von chemischen Sensoren auf der Basis von SnO2-Sensorschichten für CO und andere Zielgase, die auf CMOS-basierten Mikro-Heizplatten-Bauelementen integriert sind und eine Beheizung der gassensitiven Schichten bis zu Betriebstemperaturen von 400°C ermöglichen.
Basierend auf MCL - eigenen chemischen Sensoren sowie auf kommerziell erhältlichen Gassensoren wurde eine Testbox konzipiert und aufgebaut, die eine CO-Detektion im Feld und Messungen anderer Umweltparameter unter rauen Umgebungs-bedingungen ermöglicht (Abb.1).
Die Testbox bietet die folgenden Funktionen:
- Am MCL entwickelte Gassensoren für CO.
- Handelsübliche Sensoren für Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und CO2, CO (zu Vergleichszwecken) und flüchtige organische Verbindungen (VOCs).
- Raspberry-Pi-Mikrocomputer für die Datenerfassung, -auswertung und -visualisierung.
- CO-Vorratsbehälter zur wiederholten (einmal pro Woche) On-Board-Kalibrierung des CO-Gassensors.
Implementierung einer "Ampel"-LED-Konzentrationsanzeige (grün/gelb/rot), die den CO-Pegel entsprechend den maximal zulässigen Konzentrationswerten anzeigt.
Die Testbox kann in ihrer Funktionalität weiter ausgebaut werden, indem weitere MCL – Gassensoren, z.B. für VOCs und H2S, hinzugefügt werden.
Wirkungen und Effekte
Basierend auf der Testbox wurde eine miniaturisierte Sensorplattform entwickelt (Abb.2), die alle Funktionalitäten der großen Testbox bietet. Zusätzlich enthält diese Sensorplattform einen Raspberry-Pi-Mikrocomputer zur Datenverarbeitung, -speicherung und -visualisierung sowie eine Bluetooth-Verbindung zur drahtlosen Kommunikation und Internet-of-Things (IoT) - Fähigkeit.
Das Gehäuse (Größe 10 x 10 x 6 cm) wurde entworfen und per 3D-Druck hergestellt, sechs Sensorplattformen wurden als Prototypen gebaut. Ziel ist es, ein Sensornetzwerk in den Räumen des MCL einzurichten und eine Luftqualitätsüberwachung unter realen Bedingungen durchzuführen.
Die Sensordaten werden für jeden Mitarbeiter zugänglich sein, z.B. über ein Smartphone, um die Daten anzuzeigen. In einer späteren Phase werden die kommerziellen Sensoren durch die hochminiaturisierten MCL - eigenen Multi-Gas-Sensor-Geräte ersetzt, die im Rahmen des FP7-Projekts MSP (GA-Nr. 611887) entwickelt wurden und vollständig in CMOS-Bauteile integriert sind.
Projektkoordination (Story)
Univ.-Doz. Mag. Dr. Anton Köck
Key Researcher
Department Materials for Microelectronics
T +43 (0) 3842 45922-505
anton.koeck(at)mcl.at
Projektpartner
Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme, Österreich
Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe, Österreich