Bessere Gassensorik mit MOFs
Metallorganische Gerüststrukturen zur Gasanalyse in Verbrennungsöfen
Aussteller
Beschreibung
Markteinführung
01 1
Die kontinuierliche Analyse von Gasen in Verbrennungsöfen dient als Basis für die Regelung des Abbrands. Hierfür werden u.a. halbleitende Metalloxid-Gassensoren (MOGs) eingesetzt. Die Analyse wird durch die Anwesenheit von Wasserdampf jedoch stark beeinflusst.
Da Wasser vom MOG selbst als Gas registriert wird, fallen Messungen der Gaskonzentrationen oftmals sehr ungenau aus. Das Wasser stammt dabei zum einen aus der Umgebung (Luftfeuchte), zum anderen entsteht es durch Wechselwirkung der zu analysierenden Gase mit dem Metalloxid. Gasuntersuchungen in der Abluft von Verbrennungsvorgängen werden zudem dadurch erschwert, dass durch den Verbrennungsprozess selbst Wasser als Reaktionsprodukt gebildet wird, das zusätzlich die Luftfeuchtigkeit erhöht. Aufgrund der Komplexität des gesamten Systems stellt die Wasserquerempfindlichkeit nach wie vor eine große Herausforderung im Bereich der MOG-Technologie dar. Lediglich softwareseitig kann bei der Datenauswertung der Querempfindlichkeit entgegengewirkt werden.
Wissenschaftler vom KIT haben in Kooperation mit der Hochschule Karlsruhe eine Erweiterung für MOGs entwickelt, die die Wasserquerempfindlichkeit effektiv mindert. Das Prinzip: Metallorganische Gerüststrukturen (metal-organic frameworks, MOFs), die als hochporöse Molekülspeicher fungieren, werden direkt auf dem Halbleitermaterial des Sensors abgeschieden. Die MOFs wirken dabei als Diffusionsbarriere für die Wassermoleküle, während sonstige Gasmoleküle die poröse Schicht nahezu ungehindert passieren. Das dabei an der Grenzfläche Oxid – MOF entstehende Wasser, das sich durch die chemische Umsetzung der Gase bildet, wird durch die MOF-Schicht an der Diffusion durch den MOF in die Außenatmosphäre gehindert. Hierdurch kommt es zu einer Wasserdampfsättigung an der Grenze, die für ein stabiles Feuchtigkeitsniveau sorgt. Durch die eintretende Sättigung haben Schwankungen der relativen Luftfeuchte außerhalb des Sensors keinen Einfluss mehr auf die Messung.
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