Neuartiger Wasserstoffsensor auf der Basis schaltbarer physikalischer Eigenschaften H2-sensitiver metallischer Dünnfilme

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Neuartiger Wasserstoffsensor auf der Basis schaltbarer physikalischer Eigenschaften H2-sensitiver metallischer Dünnfilme
Projektleitung Marion Wienecke , Prof. Dr. rer. nat. habil.
Kürzel
Projektbeginn 01. September 2001
Projektabschluss 28. Februar 2003
Projektpartner
Projektbeteiligte Institut für Oberflächen- und Dünnschichttechnik ,
Projektmittel 102000 €
Mittelgeber BMBF-Projekt (aFuE)
Fakultät(en)
Forschungsschwerpunkte(e) Produktentwicklung
Hyperlink http://www.ifod.hs-wismar.de/

Inhalt

Optisch schaltende Sensoren zum Nachweis von Wasserstoffkonzentrationen basieren auf den physikalischen Eigenschaften von Pd und Pd-Legierungen oder anderen seltenen Erden oder auf chemochromen Materialien wie z.B. Wolframoxid. Schichtsysteme auf dieser Basis können durch Dünnschichttechnologien hergestellt werden, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, miniaturisierte und damit kostengünstigere Sensoren herzustellen.

Dieses Projekt zielte darauf, Funktionsmuster von Wasserstoffsensoren auf der Basis schaltbarer physikalischer Eigenschaften herzustellen und hinsichtlich ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften nach definierter Wasserstoffbeladung zu untersuchen.

Der Antragsteller konnte hierfür seine Kompetenz und vorhandene Ausrüstung auf dem Gebiet der Dünnschichttechnik und optischen und elektrischen Messtechnik einbringen. Praxispartner für eine mögliche Umsetzung der Ergebnisse aus diesem Projekt war die Firma IT Dr. Gambert GmbH Wismar. Im Verlaufe des Projektes sind verschiedene Sensorstrukturen mittels PVD-Techniken hergestellt und die technologischen Parameter zu deren reproduzierbarer Herstellung ermittelt worden. Die Sensitivität dieser Sensorstrukturen wurde mittels relativer Transmissionsmessungen im sichtbaren Spektralbereich und durch elektrische Messungen untersucht. Untersuchungen zur Morphologie und Phasenanalyse wurden mittels Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie, Elektronenbeugung und EDX durchgeführt.

Im Mittelpunkt standen Sensorstrukturen auf der Basis von Pd. Pd vollzieht unter Wasserstoffeinfluss einen Phasenübergang, der mit einer Volumenänderung verbunden ist. dies führt zu mechanischen Spannungen und Delaminierung der Schichten. Filmkompositionen aus Pd und PTFE, bei denen nanoskalige Pd-Kristallite (ca. 5nm Durchmesser) in einer PTFE-Matrix eingebettet sind, zeigen eine lineare Abhängigkeit der Transmission von der Wasserstoffkonzentration über einen Konzentrationsbereich bis 10% H2. Das Signal bleibt auch nach mehrmaligen Messungen reproduzierbar. Sensorstrukturen aus Pd-Ni-Legierungen mit 10% Ni können bis zu 20% H2 im Messgas eingesetzt werden und zeigen stabile und reproduzierbare Messergebnisse.

Mit diesem Projekt konnte der Antragsteller sich weiter auf dem Gebiet der Sensorik und Dünnschichttechnik profilieren und die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Erarbeitung eines produktbezogenen Nachfolgeprojektes gemeinsam mit dem Kooperationspartner.