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Druckbare kolorimetrische Sensorlabel zur Detektion von Gasen

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Von:

Laura Engel

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Gasemissionen mobil überwachen mit einer kostengünstigen, papierbasierten Sensorlösung. Die vorliegende Dissertation präsentiert eine praxisnahe, innovative Methode zur Detektion von Gasen in der Umgebungsluft, basierend auf einem gedruckten Sensorlabel. Auf der Oberfläche des Sensorlabels befindet sich eine funktionale Farbstoffschicht, die auf das Zielgas mit einer Farbänderung reagiert. Die Methode nutzt die allgegenwärtige Verfügbarkeit von Smartphones sowie das Prinzip der Kolorimetrie zur Auswertung der Gassensorlabels. Durch die Kombination der funktionalen Farbstoffschicht mit einem maschinenlesbaren Muster und Farbreferenzen wird sowohl eine automatisierte als auch eine quantitative Bestimmung der Zielgaskonzentration realisiert unabhängig von Beleuchtungsverhältnissen und vom Kameratyp des Smartphones. Für die Herstellung der Gassensorlabels kommt ein zweistufiger Fertigungsprozess zum Einsatz: Zunächst Digital- bzw. Offsetdruck für das maschinenlesbare Muster und die Farbreferenz, danach die Integration der gasindikativen Schicht durch Siebdruck bzw. Inkjet. Die funktionalen Materialien werden exemplarisch für die Zielgase Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Formaldehyd und Sauerstoff entwickelt. Die Vor- und Nachteile der verwendeten Druckverfahren werden im Hinblick auf die Materialentwicklung diskutiert. Die Dissertation berücksichtigt unterschiedliche Messszenarien, allgemeine Einflussparameter auf die Farbreaktion sowie praxisrelevante Aspekte wie Lagerbedingungen und Lebensdauer der Sensoren. Zielgruppe sind Forscherinnen und Forscher aus Materialwissenschaft, Sensorik und Anwendungsentwicklung, die verständlich und nachvollziehbar von der Materialentwicklung über das Prototyping bis zur Validierung geführt werden möchten.