U.S. Forscher 3D drucken funktionierenden Kohlenmonoxid-Detektor

Ein Team von Forschern der University of Washington und der Sandia National Laboratories hat einen funktionierenden Kohlenmonoxid-Detektor in 3D gedruckt. Durch die Beschichtung eines Sensormediums aus reduziertem Graphenoxid (rGO) mit einem gedruckten Zinndioxid (SnO2)-Halbleiterkatalysator war das Team in der Lage, einen Detektor herzustellen, der bei Raumtemperatur mit einer schnellen Ansprechzeit funktionierte.

Laut US-Behörden gibt es alleine in den USA jährlich mindestens 430 Todesfälle durch Kohlenmonoxidvergiftung sowie weitere 50.000 Fälle von Vergiftungen, die im Krankenhaus behandelt werden. Kohlenmonoxid ist aufgrund des fehlenden Geruchs kaum wahrnehmbar, daher kann das Gas leicht zu Unfällen führen.

Während zinndioxidbasierte Kohlenmonoxid-Detektoren heute beliebt sind, kann die Herstellung dieser Geräte kostspielig und zeitaufwändig sein. Hinzu kommt, dass das Halbleitermaterial in der Regel auf Temperaturen über 400°C erhitzt werden muss, um wirksam zu sein. Die hohen Temperaturanforderungen bedeuten, dass dünne, kompakte und flexible Geräte schwer herzustellen sind.

Die Forscher begannen mit einem modifizierten solvothermischen Aerogel-Verfahren, um reduzierte Graphenoxidplatten mit Zinndioxid im Nanomaßstab zu beschichten. Das resultierende gereinigte Aerogel wurde erneut dispergiert und mit einem Pistill und Mörser gemahlen. Es wurde mit einem finalen Lösungsmittel gemischt, um eine Zinn-Dioxid-Graphen-Nanotinte herzustellen.

Zur Herstellung der Sensoren druckte das Team im Tintenstrahldruckverfahren Silberelektroden auf Polymersubstrate mit Linienbreiten im Bereich von 100 Mikron. Die Zinndioxid-Graphen-Nanotinte wurde dann im Tintenstrahldruckverfahren auf die Silberelektroden gedruckt, um diese zu beschichten. Die gesamte Struktur wurde dann wärmebehandelt, um sie zu härten und das Graphen weiter zu reduzieren, damit es bei Raumtemperatur wirksamer ist.

Die Tests zeigten, dass die gedruckten Detektoren herkömmlichen Detektoren überlegen waren. Mehr dazu erfährt man in der Studie ” Additive Manufacturing of a Flexible Carbon Monoxide Sensor Based on a SnO2-Graphene Nanoink”, die online abrufbar ist.