Entwicklung und Anwendung von Hochdurchsatztechniken zur Darstellung und Untersuchung neuer nanostrukturierter Sensormaterialien

Koplin, Tobias Joachim; Simon, Ulrich

doi:HT015036941

Entwicklung und Anwendung von Hochdurchsatztechniken zur Darstellung und Untersuchung neuer nanostrukturierter Sensormaterialien = Development and Application of High-Throughput Techniques for the Preparation and Analysis of Nanoscaled Sensor Materials

Koplin, Tobias Joachim (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Tobias Joachim Koplin

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

UmfangII, 160 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Simon, Ulrich (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-11-03

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-18238
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61696/files/Koplin_Tobias.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei) ; Metalloxid-Gassensor (frei) ; Impedanzspektroskopie (frei) ; Nanopartikel (frei) ; Gassensor (frei) ; Metal Oxide Gassensor (frei) ; High throughput screening (frei) ; Impedance Spectroscopy (frei) ; Nanoparticle (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Zur Entwicklung von neuen Materialien für die Gassensorik wurden unter Verwendung von Hochdurchsatztechniken ober- und volumendotierte nanoskalige Metalloxide hergestellt und deren besondere sensorische Eigenschaften untersucht. Die dazu notwendigen Synthese- und Charakterisierungsmethoden konnten durch den Umbau eines Pipetierroboters zur parallelisierten Materialsynthese und anschließender Probenpräparation auf speziellen Multielektrodensubstratplatten, sowie durch die Weiterentwicklung eines Screeningreaktors und Einzelsensormessplatzes bereitgestellt werden. Die Verwendung der Polyolmethode ermöglichte einen einfachen synthetischen Zugang zu nanoskaligen Metalloxiden wie ZnO, In2O3 und SnO2, welche dann als Basismaterialien zum Aufbau von hochdivers funktionalisierten volumen- und oberflächendotierten Sensormaterialbibliotheken eingesetzt wurden. Das Screeningprogramm zur Erfassung ihrer sensorischen Eigenschaften beinhaltete Prüfgase von H2, CO, NO, NO2 und C3H6 in synthetischer Luft im Temperaturbereich von 523 bis 673 K. Zur Analyse der daraus erhaltenen großen Datenmengen ist als spezielles Auswerteverfahren der Q/S-Plot entwickelt und eingesetzt worden. Dieser ermöglicht durch den Vergleich der relativen Selektivitäten und Sensitivitäten eine schnelle visuelle Identifizierung der erfolgversprechendsten Materialkombinationen. So zeigte beispielsweise eine Dotierung mit Silber-Clustern eine deutlich erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoff; eine Mischung aus Rhodium, Gold und Palladium steigerte die Sensitivität von SnO2 auf Kohlenmonoxid, wobei dagegen der Einsatz von Silber als Dotiermittel zu einem empfindlichen Ansprechen auf NO2 führte. Diese Screeningergebnisse wurden abschließend auf Einzelsensoren näher untersucht, hier konnte z.B. für das mit Silber dotierte SnO2 eine untere extrapolierte Nachweisgrenze von 100 ppb NO2 bestimmt werden.

For the development of new gas sensor materials surface and volume doped nanoscalic metal oxides were investigated, whereas high-throughput techniques were applied. The necessary synthesis and characterisation methods were provided by modification of a pipetting robot for a parallel material synthesis and sample deposition on special multi-electrode substrates, as well as the further development of a screening reactor and single sensor test station. Making use of the polyol method opened a simple synthetic access to nanoscalic metal oxides like ZnO, In2O3 and SnO2, which were used as basic materials for the preparation of highly diverse functionalised surface and volume doped material libraries. To acquire their sensoric properties a screening program was used which comprised of test gases of H2, CO, NO, NO2 and C3H6 in synthetic air in the temperature range from 523 to 673 K. To analyse the resulting high amounts of data the Q/S-plot was developed and applied, which enables by comparing the relative selectivity and sensitivity a fast visual identification of the best promising material combinations. As an example doping by silver cluster led to a distinct increase of the sensitivity of various metal oxides against hydrogen; a mixture of rhodium, gold and palladium increased the sensoric properties of SnO2 towards the detection of CO, whereas using silver as a dopant increased distinctly the response to NO2. These screening results were further investigated by making use of single sensor elements, whereas e.g. the silver doped SnO2 showed an extrapolated limit of detection of about 100 ppb of NO2.

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