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Bibliographic Metadata

Title
Photonische Kristalle als Transducer in der optischen Gas- und Flüssigkeitssensorik / von Sabrina Amrehn ; Gutachter: Dr. Thorsten Wagner, Prof. Dr. Michael Tiemann
AuthorAmrehn, Sabrina
ParticipantsWagner, Thorsten ; Tiemann, Michael
PublishedPaderborn, 2018
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (VIII, 84 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Kumulative Dissertation, 2018
Annotation
Tag der Verteidigung: 22.03.2018
Defended on2018-03-22
LanguageGerman
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-30432 
DOI10.17619/UNIPB/1-293 
Files
Photonische Kristalle als Transducer in der optischen Gas- und Flüssigkeitssensorik [18.65 mb]
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Classification
Abstract (German)

Die Lage der photonischen Bandlücke eines Metalloxid-Inversopals, also die Reflexion von Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs, wird als optisches Sensorsignal zur Detektion von Gasen und Flüssigkeiten verwendet. Diese Bandlücke wird u.a. durch die Brechungsindizes des Metalloxids und des Fluids in den Poren bestimmt. Deren Änderung führt zu einer Verschiebung der Bandlücke. Das optische Auslesen eines Sensorsignals benötigt keine direkte Kontaktierung des Transducers und kann so in rauen Umgebungen fernausgelesen werden. Als Transducer wurden Wolframoxid-Inversopale verwendet. Dafür wurde die Synthese von Wolframoxid-Inversopalen untersucht und optimiert. Als Sensormechanismus für den optischen Wasserstoff-Sensor wurden die Interkalation des Wasserstoffs in das Wolframoxidgitter und die temperaturabhängige Rückreaktion aufgeklärt. Die optische Gassensorik wurde auf der Basis eines Wolframoxid-Inversopals zur Wasserstoffdetektion realisiert. Dabei werden Wasserstoffkonzentrationen von 3000 ppm bis 10 % detektiert. Dies ist mindestens bis 500 C möglich. Der Brechungsindex von Flüssigkeiten kann mit Wolframoxid-Inversopalen gemessen werden, dabei entspricht die Ansprechschwelle einer Glukose-Konzentration von ca. 8,4 g/L. Außerdem wurde die Stabilität von Indiumoxid-Inversopalen, einem möglichen Transducer für die Gassensorik in rauen Umgebungen, bis 550 C untersucht. Für die Sensoranwendungen wurden verschiedene selbst entwickelte Messaufbauten verglichen und optimiert.

Abstract (English)

The position of the photonic band gap of a metal oxide inverse opal, so the reflection of light of a certain wavelength range, is used as an optical sensor signal to detect gases and liquids. This band gap is, beside others, determined by the refractive index of the metal oxide and the fluid in the pores. Changing one of them results in a band gap shift. The optical read out of a sensor signal does not require a direct contacting of the transducer and so a remote read out in harsh environments is possible. Tungsten oxide inverse opals were used as transducers. For this purpose the synthesis of tungsten oxide inverse opals was investigated and optimized. As sensing mechanism for the optical hydrogen sensor the intercalation of hydrogen into the tungsten oxide lattice and the temperature dependent back reaction were clarified. The optical gas detection was realized basing on a tungsten oxide inverse opal for hydrogen detection. Hydrogen concentrations are detected from 3000 ppm to 10 %. This is possible at least up to 500 C. The refractive index of liquids can be measured with tungsten oxide inverse opals, the responsiveness corresponds to a glucose concentration of 8.4 g/L. Beside this the stability of indium oxide inverse opals, a possible transducer for gas sensing in harsh environments, is tested up to temperatures of 550 C. For the sensing applications different custom build measurement setups are compared and optimized.

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