Dr. Thorsten Wagner: morPhOx
Technik ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Unser Smartphone weiß, wie hell der Bildschirm sein muss. Unser Auto weiß, wie weit das nächste parkende Auto weg ist und wann es die Scheibenwischer anschalten muss. Vom Rauchmelder über den Beschleunigungssensor im Smartphone bis hin zur Luftqualitätsmessung im Auto tragen Messfühler zur Steigerung von Sicherheit, Komfort und Effizienz technischer Prozesse bei. Im Projekt morPhOx werden neue Sensorkonzepte für anspruchsvolle Bedingungen wie extreme Hitze erforscht.
Wechselwirkung zwischen Licht und regelmäßig strukturierter Materie kann zu neuen optischen Eigenschaften führen. Ein Beispiel dafür sind Opale, die je nach Lichteinfall eine andere Farbe haben und deshalb gerne als Schmuck getragen werden. Auch in der Biologie beobachtet man strukturbedinge Farben, z.B. in der Haut des Chamäleons. Die Farbgebung entsteht in beiden Fällen durch das Zusammenspiel von Lichteinfall und Struktur der Chamäleonhaut bzw. des Opals.
Durch chemische Prozesse ist es möglich, diesen natürlichen Färbungseffekt mit verschiedenen Materialien nachzuahmen. Als Sensor für Gase sind dabei insbesondere Metalloxide wie Wolframoxid von hohem Interesse. Diese Metalloxide ändern bei Kontakt mit Gasen ihre elektronischen Eigenschaften und werden deshalb schon seit langem als Sensormaterialien eingesetzt. Allerdings erfolgt die Erfassung der Messsignale über ein Kabel mit elektronischen Messgeräten. Dies verhindert in vielen Fällen den direkten Einsatz dieser Technologie unter rauen Bedingungen wie bei hohen Temperaturen von über 500 °C oder in stark korrosiver Umgebung.
Sensoren, die ihre Farbe ändern, machen die Gasreaktionen sogar für das bloße Auge sichtbar. Gleichzeitig mit den elektronischen Eigenschaften ändern sich nämlich auch die Brecheigenschaften des Materials und führen so zu einer Farbänderung.
Das strukturierte Sensormaterial kann deshalb kontaktlos mit Hilfe optischer Verfahren ausgelesen werden. Ohne Kabel und Verbindungstechnik gibt es wesentlich mehr Einsatzmöglichkeiten.
Ziel ist die Erforschung von Sensorkonzepten zur Gasdetektion für hohe Temperaturen bis zu 1000 °C und eines möglichen Einsatzes dieser Konzepte für die Regelung von Hochtemperaturprozessen in Kraftwerken
Nachwuchsgruppenleiter Dr. Thorsten Wagner
Herr Dr. Thorsten Wagner studierte Physik an der Justus-Liebig-Universität (JLU) Gießen. Nach einer interdisziplinär durchgeführten Diplomarbeit in Kooperation des Instituts für Angewandte Physik und dem Institut für Anorganische und Analytische Chemie promovierte er 2010 ebenfalls an der JLU Gießen zum Thema optisch aktivierte Halbleitermaterialien für die Sensorik. In einer anschließenden PostDoc-Phase im Arbeitskreis von Prof. Michael Tiemann an der Universität Paderborn forschte er zur Herstellung neuartiger, anorganischer Funktionsmaterialien und deren Anwendung für z.B. Sensorik und Energiespeicherung. Seit Oktober 2013 leitet er eine „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe zum Thema „Photonische Gassensorik“ an der Universität Paderborn.