1 Überblick über die Sensorik

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384 8.1 Übersicht und Funktionsprinzipien 8.1.1 Erkennung chemischer Stoffe durch Sensoren 385
Tab. 8.1.1-3: Übersicht über gegenwärtig untersuchte Werkstoffe für chemische Sensoren Der Aufbau chemischer Sensoren wird bestimmt durch Anforderungen im praktischen
Einsatz. Er erfolgt wie bei anderen elektronischen Bauelementen vorzugsweise in miniaturisierter
Form unter Einsatz von Verfahren, die im Zusammenhang mit der Halbleitertechnologie
(s. Band 2, Abschnitt 8) entwickelt worden sind. Im Gegensatz zu der
sehr verbreiteten Siliziumtechnologie ist aber das Spektrum der eingesetzten Werkstoffe
und Verfahren weitaus größer. Eine besondere Bedeutung haben dabei die spezifisch
chemischen Eigenschaften der Werkstoffe, wie die folgende Beispiele zeigen.
– In der heterogenen Katalyse werden Katalysatoren optimiert, um beispielsweise
aus giftigen Molekülen wie NO ungiftige Moleküle wie O 2 und N 2 herzustellen
(vgl. Bild 8.1.1-2) oder um aus kleinen Molekülen wie CO und H 2 größere Moleküle
wie Methanol selektiv zu synthetisieren (vgl. Bild 8.1.1-3). Die Verwendung der
dazu optimierten Katalysatoren in Kombination mit einfachen chemischen Sensoren
zum CO- bzw. H 2 -Nachweis ermöglicht umgekehrt die selektive Detektion von organischen
Molekülen wie Methan, Methanol oder Benzin nach deren selektriver Zersetzung
am Katalysator in CO bzw. H 2 .
Bild 8.1.1-2: Chemisorption und heterogene Katalyse am Beispiel der Reaktion 2NO ∅ O 2 + N 2 .
NO-Gasmoleküle werden an der Oberfläche des Katalysators adsorbiert und nach
Dissoziation atomar gebunden (chemisorbiert). In dieser Form können die adsorbierten
Teilchen an der Oberfläche Reaktionen eingehen, die in der Gasphase wegen
hoher Aktivierungsenergiebarrieren nicht möglich sind. So können in Oberflächenreaktionen
N 2 und O 2 -Moleküle entstehen, die nach Desorption in die Gasphase
den heterogen katalysierten Prozeß abschließen. Sensoren auf der Basis von Chemisorptionseffekten
sowie der heterogene Katalyse sind in empflndlicher Weise durch
die Oberflächenstruktur und -elementzusammensetzung beeinflußbar. Elementzusätze,
welche die Katalyse beschleunigen, werden als Promotoren, Zusätze, welche
diese verlangsamen, als Inhibitoren bezeichnet.