Thermoelektrische Gassensoren auf Basis fester Ionenleiter (Entropiesensoren)

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Janek; Professor Dr.-Ing. Ralf Moos
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 33749983

Das geplante Projekt hat zum Ziel, das Prinzip thermoelektrischer Sensoren auf der Basis fester Ionenleiter experimentell zu überprüfen und mittels geeigneter Materialien modellhaft zu entwickeln. Ausgehend von der Theorie der Thermokraft fester Ionenleiter sollen geeignete Sensormaterialien identifiziert und charakterisiert werden, daraus thermoelektrische Gassensoren aufgebaut werden und im Anschluss daran deren grundlegende Funktionsfähigkeit demonstriert werden. Die Thermospannung ionen-basierter thermoelektrischer Gassensoren sollte unabhängig von der Geometrie und Mikrostruktur des verwendeten Ionenleiters sein und gleichzeitig ohne Referenzpotential (-aktivität) eindeutig zu interpretieren sein. Die Messgröße des Sensors (Thermospannung) wird maßgeblich durch die Entropie des zu messenden Gases bestimmt. Die bisher gebräuchlichen Festkörpergassensoren arbeiten hauptsächlich entweder nach dem resistiven, amperometrischen oder potentiometrischen Prinzip. Die Messgrößen potentiometrischer Sensoren, wie z. B. der Lambdasonde, sind zwar thermodynamisch eindeutig bestimmt und von der Geometrie unabhängig. Es ist jedoch oftmals schwierig, eine geeignete Referenzaktivität bereitzustellen. Die Messgrößen resistiver und amperometrischer Sensoren sind abhängig von Geometrie und Mikrostruktur des Sensormaterials, d. h. morphologische Änderungen aufgrund von Rissen, Versinterungen oder Abrasion beeinflussen die Messgröße. Damit hätten thermoelektrische Gassensoren auf Basis fester Ionenleiter klare Vorteile. Bisher sind jedoch in der wissenschaftlichen Literatur keine thermoelektrischen Gassensoren auf Basis fester Ionenleiter beschrieben, was primär an der wenig verbreiteten Kenntnis thermoelektrischer Phänomene in ionischen Materialien und deren formaler Beschreibung liegt. Das vorgeschlagene Projekt vereint die langjährigen Erfahrungen zweier Arbeitsgruppen aus dem Bereich der Sensorik bzw. der nicht isothermen Transportprozesse in ionenleitenden Materialien und soll das Konzept ionenleitender thermoelektrischer Sensoren grundsätzlich und systematisch untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Privatdozent Dr. Carsten Korte; Frank Rettig