Anwendung polymerer Funktionsschichten in piezoresistiven chemischen und Feuchtesensoren

In der Chemo- und Biosensorik werden sensitive Polymernetzwerke, die durch Absorption chemischer bzw. biologischer Spezies ihre Eigenschaften ändern können, als Messgrößenaufnehmer genutzt, um Ionen- und Stoffkonzentrationen oder Gehalte von gelösten, ungelösten oder dispergierten organischen oder anorganischen Materialien zu messen. Der Einsatz von polymeren Funktionsschichten in der Sensortechnik erfordert deren langzeitstabile Sensitivität, durch die die Schaffung von zuverlässigen, preiswerten, miniaturisierbaren und Inline-fähigen Sensoren für biomedizinische und Umweltüberwachungen möglich wird.
Mit dem vorliegenden Band 38 der Dresdner Beiträge zur Sensorik wird eine neue Klasse chemischer Sensoren – die piezoresistiven chemischen Sensoren – grundlegend untersucht. Piezoresistive chemische Sensoren nutzen den Bimorpheffekt oder direkt den Quelldruck, um aus der analytabhängigen Quellung eines Polymers eine Deformation zu erzeugen, die mit einem piezoresistiven Sensorchip in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird. Der Band trägt sowohl zum ingenieurmäßigen Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen dieser neuartigen Klasse von Sensoren als auch zur Aufklärung der physikalisch-chemischen Vorgänge bei der Wechselwirkung zwischen den Messspezies und den vernetzten Polymeren bei. Es wird gezeigt, dass sich die Feuchtesorptionsraten durch Ionenbeschuss von Polyimid und Polyethersulfon erhöhen lassen, was zu einer vergrößerten Sensitivität der Feuchtesensoren führt. Für Hydrogel-basierte piezoresistive chemische Sensoren wird ein entsprechendes Funktionsprinzip eingeführt, Grundlagen für deren Entwurf und Modellierung geschaffen sowie die konkreten Anwendungsbereiche aufgezeigt.