OptoSpin

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
Optische Gassensorik mit dotierten Flüssigkristallen verbunden mit koaxialem Elektrospinnen
Von: 
01.07.2017
to
30.06.2021
Förderungsart: 
Öffentliche Forschung

Projektbeschreibung

Sensoren sorgen in vielerlei Geräten für unser Wohlbefinden oder unsere Sicherheit und informieren uns über nicht sichtbare Gefahren. Wichtige Beispiele sind Brand- und Gasmelder sowie verschiedenste Sensoren zur Anzeige chemischer (Gefahr-)Stoffe. Die wichtigsten Anforderungen an einen chemischen Sensor sind  Zuverlässigkeit und Selektivität. Keine andere Substanz als die definierte sollte das Sensorsignal beeinflussen und gegebenenfalls zu einer Falschmeldung führen. Konventionelle Sensoren haben hier Nachteile: Sie sprechen auf eine Vielzahl von Stoffen an, ihre Signale müssen daher teils aufwändig ausgewertet werden, um präzise Aussagen zu ermöglichen.
Im BMBF-Projekt OptoSpin werden neuartige Sensoren mit gesteigerter Selektivität entwickelt. Diese Sensoren bestehen aus Flüssigkristallen, die durch Zugabe optisch aktiver Substanzen eine spezielle Struktur mit spezifischen Eigenschaften einnehmen: Sie reflektiert nur einen schmalen Wellenlängenbereich des einfallenden Lichts, wodurch der Flüssigkristall farbig erscheint. Durch eine chemische Reaktion mit dem Analyten wird der reflektierte Wellenlängenbereich verändert und ein Wechsel der Farbe kann mit dem bloßen Auge beobachtet werden.

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
Abbildung 1: Farbreaktion eines mit Flüssigkristall gefüllten Faservlieses

Allerdings müssen diese Flüssigkristalle vor mechanischer Einwirkung oder ungewollter Kontamination durch Schmutz geschützt werden. Hierzu werden sie mit dem Electrospinning-Verfahren in eine Polymerfaser eingekapselt, die für den Analyten durchlässig ist. Die gefüllten Fasern zeigen eine ähnliche Farbreaktion in Anwesenheit des Analyten und haben die Erscheinungsform eines dünnen Vlieses (siehe Abbildung).

Sie könnten beispielsweise als Schnelltests für Betäubungsmittel,  Explosivstoffe oder Brandgase eingesetzt werden: Vliese, die bei Kontakt Gefahrstoffe anzeigen, oder – integriert in einen elektronischen Aufbau – können die flüssigkristallbasierten Sensoren eine kostengünstige Alternative zu Sensoren etwa in der Brandmeldetechnik bieten. Dies ermöglicht ganz neue Anwendungsszenarien in der Sensorik.

Projektleitung an der H-BRS

Prof. Dr. Peter-Michael Kaul

Professor für Physik, Statistik und Messtechnik
Inhaber einer Forschungsprofessur
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
E-Mail: 
peter.kaul [at] h-brs.de

Rheinbach

Raum: 
G 133

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Geldgeber

Kooperationspartner