Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikro-Chip warnt vor schädlichen Gasen

15.11.2001


ETH Zürich entwickelt Single-Chip-Mikrosensorsystem zur Gasanalyse

... mehr zu:
»Elektronik »Polymer »Sensor »Sensorchip

Drei verschiedene Mikrosensoren auf einen Silizium-Chip gepackt ermöglichen die Erfassung von Schadgasen in der Luft. Damit kann beispielsweise die Luftqualität in Räumen überwacht werden. Der Chip, den die ETH Zürich im Rahmen einer Zusammenarbeit mit europäischen Universitäten entwickelt hat, wird in der Ausgabe vom 15. November des Wissenschaftsmagazins Nature genauer vorgestellt.


An Einsatzmöglichkeiten für den Gas-Sensor-Chip mangelt es nicht: Die Luftqualität in Räumen lässt sich damit überwachen. Im weiteren können mit dem System Personen vor schädlichen oder sogar giftigen Substanzen - z.B. Perchlorethylen aus chemischen Reinigungsanlagen - gewarnt werden.


Kostengünstige Massenproduktion wird möglich

Das neuentwickelte Single-Chip-Sensorsystem, das diese Woche in Nature präsentiert wird, ist auf einem Silizium-Chip von nur 7 auf 7 mm integriert und deshalb auch mobil einsetzbar. Die Verwendung von Siliziumchips erlaubt eine kostengünstige Massenproduktion, im wesentlichen mit bestehenden Fabrikationsanlagen der Mikroelektronikin-dustrie. Neben den Sensoren ist auf dem Chip auch die gesamte Elektronik mit dem Interface, über welches das System gesteuert werden kann, untergebracht. Die Mikro-sensoren auf dem Chip werden mit bestimmten Polymeren beschichtet, die Gasmoleküle (vor allem organische Lösemittel) aus der Luft aufsaugen und einlagern. Durch die Einlagerung ändern sich die Polymereigenschaften, wodurch spezifische elektrische Signale erzeugt werden.

Sensoren liefern für jedes Gas ein typisches Signalmuster

Drei verschiedene Sensortypen sind auf dem Chip angeordnet: Der erste misst die Änderungen der Masse bis auf weniger als ein Pikogramm (ein Milliardstel Milligramm) genau. Der zweite Typ misst die freiwerdende Wärme, wenn sich ein Gas in den Sensor anlagert. Der dritte Sensortyp misst Änderungen in der elektrischen Kapazität und reagiert deshalb sehr empfindlich auf polare Moleküle wie Wasser oder Alkohole.

Da Gasmoleküle unterschiedliche chemische bzw. elektrische Eigenschaften sowie eine unterschiedliche Masse haben, erzeugen die verschiedenen Sensoren Signalmuster, anhand derer ein Gas eindeutig identifiziert werden kann. Die Signalhöhe hängt von der Anzahl Moleküle ab, sodass sich auch die Konzentration des Stoffes in der Luft quantitativ bestimmen lässt.

Spezifische Spektren von Gasen erfasst

Verschiedene Sorten von Polymeren nehmen bestimmte Gruppen von Gasen bevorzugt auf: Polare Polymere lagern eher polare Gase ein, unpolare eher unpolare. Um mehr Informationen zu erhalten, können auch mehrere Sensorchips mit verschiedenen Polymeren beschichtet und als so genanntes "Sensorarray" aufgebaut werden. Das Sensorsystem ist jedoch nicht mit der menschlichen Nase vergleichbar. Im Gegensatz zu dieser werden die Gas-Sensor-Chips auf eine bestimmte Gruppe von Gasen opti-miert und decken daher nur ein spezifisches Spektrum an Stoffen ab.

Sensorchips laufend weiterentwickelt

Am Labor für Physikalische Elektronik der ETH Zürich wurden in den letzten zehn Jahren zahlreiche Sensorchips für verschiedenste Anwendungen entwickelt, z.B. für Luftströmung, Temperatur oder Magnetfelder. Der Sensorchip ist Bestandteil einer Zusammenarbeit der Universitäten Tübingen (DE) und Bologna (IT) mit der ETH Zürich zur Entwicklung eines handtellergrossen Gasanalysegerätes. Diese wird mit Geldern der Körberstiftung (DE) im Rahmen des Europäischen Forschungspreises gefördert.

Dr. Andreas Hierlemann | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.fmpro.ethz.ch

Weitere Berichte zu: Elektronik Polymer Sensor Sensorchip

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Schlaflos wegen Handy? Neue Displays könnten Abhilfe schaffen
21.06.2018 | Universität Basel

nachricht Sensoren auf Gummibärchen: Team druckt Mikroelektroden-Arrays auf weiche Materialien
21.06.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt

21.06.2018 | Physik Astronomie

Schneller und sicherer Fliegen

21.06.2018 | Informationstechnologie

Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

21.06.2018 | Innovative Produkte

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics