Brand- oder Gasgeruch könnte künftig schon Alarm auslösen, bevor der Mensch ihn überhaupt bemerkt. Denn Forscher von Siemens haben neuartige Minisensoren für mobile elektronische Geräte entwickelt, die Gase und Gerüche wahrnehmen können.
Das Geheimnis des Minisensors sind hoch sensible, keramische Materialien, aus denen Messfühler gefertigt werden, um bestimmte Geruchsmoleküle zu identifizieren. Der Sensor selbst besteht aus einem Chip mit winzigen Bauteilen, in denen chemische Reaktionen zur Erkennung verschiedener Gase und Gerüche stattfinden und die Informationen verarbeitet werden. „Wir haben neue Funktionsprinzipien entdeckt und anschließend unter Nutzung aller Möglichkeiten der Nanotechnologie neue Materialien entwickelt, um diese Prinzipien industriell nutzbar zu machen“, erklärt Siemens-Forscher Maximilian Fleischer. Es bedarf modernster Elektronenmikroskope, um die Strukturen der neuen Materialien abzubilden. Die daraus entwickelten winzigen Messfühler sind in der Lage, schon kleinste Mengen an Gasen effektiv aufzuspüren. „Unsere keramischen Sensorchips sind weniger als einen Millimeter klein“, so Fleischer.
Spezialisierte Spürnasen
Für unterschiedliche Gase wurden verschiedene Sensortypen entwickelt. Während die FET-Gas-Sensoren bereits bei Zimmertemperatur ansprechen, erkennen die Metalloxid-Gas-Sensoren das Vorhandensein und die Konzentration einzelner Gase, sobald sie auf mehrere hundert Grad Celsius erhitzt werden. Die Gase reagieren mit dem Sensormaterial, das mit Siliziumtechnik kombiniert wird. Diese Technik liest die chemischen Veränderungen elektronisch aus, verstärkt das elektronische Signal und verarbeitet es weiter. Ist das Sensormaterial anschließend wieder der Raumluft ausgesetzt, regeneriert es sich. Auch in verschmutzten Umgebungen lassen sich diese Sensoren einsetzen. „Wir haben Sensoren, die durch die hohen lokalen Temperaturen äußerst stabil sind und sich im Fall einer Verschmutzung von selbst wieder frei brennen“, sagte Fleischer.
Sensor in der Handtasche
Durch ihre geringe Größe, die niedrigen Produktionskosten und den sparsamen Energieverbrauch – je nach Design des Sensors liegt er zwischen wenigen hundert Miliwatt und unter einem Miliwatt – eignen sich die neuen Gassensoren für zahlreiche Einsatzgebiete, für die es bisher keine technische Lösung gab. Mobile „Mininasen“ können Sportlern den Ozongehalt der Luft anzeigen und bei Überschreitung der öffentlich empfohlenen Grenzwerte ein Warnsignal aussenden. Den Promilletest nach Alkoholgenuss kann künftig jeder selbst durchführen: der Sensor misst den Blutalkohol an der Atemluft. Im Haushalt, am Arbeitsplatz oder auf Reisen können die Sensoren austretendes Gas detektieren. Ein weiteres Einsatzfeld ist der Brandmelder. „Heutige Brandmelder messen die Temperatur oder die Rauchdichte“, erklärte Fleischer. „Unser Sensor warnt, bevor es richtig brennt. Genauso, wie die menschliche Nase erkennt er bereits sehr früh, dass irgendetwas schmort oder anbrennt. Ich bin mir sicher, dass zukünftig viele Menschen sowohl zu Hause als auch auf Reisen ihr eigenes Warngerät dabei haben werden.“
(Informationsdienst Wissenschaft – idw – – Pressemitteilung Siemens, 17.09.2004 – ESC)
