Research to Business
Angebot: 673

Bessere Gassensorik mit MOFs

Der Einsatz metallorganischer Gerüststrukturen bei der Gasanalyse in Verbrennungsöfen reduziert die Querempfindlichkeit der Metalloxidgassensoren gegenüber Luftfeuchtigkeit.

Durch MOF-Beschichtung auf dem Zinkoxid (ZnO) wird der Austausch von Wasser zwischen Atmosphäre und ZnO/MOF-Grenzfläche behindert. Ist der Sensor weniger Feuchteschwankungen ausgesetzt, steigt die Qualität der Gasanalyse. (Bild: Institut für Funktionelle

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, die sog. Wasserquerempfindlichkeit.

Stand der Technik

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. Es sind bisher keine technischen Lösungen bekannt, die den Sensor unabhängiger von Wasser machen. Lediglich softwareseitig kann bei der Datenauswertung der Querempfindlichkeit entgegengewirkt werden.

Technologie

Wissenschaftler vom Institut für Funktionale Grenzflächen (IFG) des 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.

Vorteile

Durch die eintretende Sättigung haben Schwankungen der relativen Luftfeuchte außerhalb des Sensors keinen Einfluss mehr auf die Messung. Mithilfe der MOFs steigt die Genauigkeit und Qualität der Gasanalysen signifikant. Dadurch ergibt sich für Verbrennungsöfen eine höhere Regelsicherheit.

Optionen für Unternehmen

In Versuchsreihen wurde der positive Effekt der MOFs nachgewiesen. Das KIT sucht Partner für Weiterentwicklung und Einsatz der MOFs in der Gassensorik bei Verbrennungsöfen.

Bilder zur Technologie schließen öffnen

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dagmar Vössing, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Leitung Technologietransfer, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25582

E-Mail: dagmar.voessing@kit.edu

Angebot der Merkliste hinzufügen