1 Überblick über die Sensorik

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416 8.1 Übersicht und Funktionsprinzipien 8.1.6 Grundlagen der molekularen Erkennung in Gassensoren 417
und andererseits an einem konkreten Meßergebnis gezeigt ist.
Bild 8.1.6-1:
Chemisorptionssensoren:
a) Donator(D)- und Akzeptor(A)-Wechselwirkung von adsorbierten Atomen mit
Sensoroberflächen: Dargestellt sind das Bändermodell (Band 2, Abschnitt 2) und
das Energie-Abstands-Diagramm (Band 1, Abschnitt 1.3.1) von geladenen (D +
und A - ) adsorbierten Atomen an der Oberfläche.
b) Typische Ergebnisse zur Änderung der stationären Oberflächenleitfähigkeit
∆σ eq (gemessen mit der Vierspitzen-Methode) und Austrittsarbeit ∆φ eq (gemessen
mit der Kelvin-Methode) – jeweils als Funktion des NO 2 -Partialdrucks – an
SnO 2 -Chemisorptionssensoren mit schematischer Darstellung der Versuchsanordnungen
[8.17].
Veränderte Ladungsverteilungen, Elektronen-Donator- oder Akzeptor-Eigenschaften
des Adsorptionskomplexes, aber auch veränderte optische Eigenschaften können u.a. als
Sensorsignale ausgenutzt werden. Haufig werden Leitfähigkeitseffekte gemessen mit einem
typischen Beispiel in Bild 8.1.6-1b. Die erniedrigte Oberflächenleitfähig-
Bild 8.1.6-2:
Chemisorption von H, O 2 und CO 2 , simuliert über Clusterrechnungen:
Das Substrat – bestehend aus Be-, O-, F- und Li-Atomen wird über die Atomanordnung
oben links simuliert [8.2]. Freie Zahlen entsprechen den Atomabständen (in
10 -10 m), Zahlenangaben in Kreisen und Rechtecken entsprechen partiellen Elementarladungen
der Atome vor (Kreise) bzw. nach (Rechtecke) der zusätzlichen Ladungsübertragung.
H liegt als Donator (H + ), O 2 als Akzeptor (O 2 - ) vor.
keit und erhöhte Austrittsarbeit an der Oberfläche kann durch den Akzeptortyp der
Wechselwirkung mit einem resultierenden Elektroneneinfang und dem Aufbau eines
Oberflächendipols quantitativ erklärt werden. Dazu dienen entweder Clusterrechnungen
(Bild 8.1.6-2) oder ein Bänderschema, das schematisch in Bild 8.1.6-3 gezeigt ist und in
dem die Wechselwirkung der freien im Volumen beweglichen Ladungen mit lokalisierten
Oberflächenzuständen durch Donator- und Akzeptorwechselwirkung erfaßt wird.