Materials Solutions voor Chemical Sensing

Chemische sensoren zijn voorzieningen die de aanwezigheid van chemische stoffen in gassen of vloeistoffen kunnen meten. De ideale chemische sensor is een goedkoop, draagbaar en gebruiksvriendelijk apparaat dat direct en met perfecte selectiviteit reageert op de beoogde chemische stof (analyt) die in een willekeurige concentratie aanwezig is in een gas of vloeibaar medium, met als resultaat een meetbaar en onmiskenbaar uitvoersignaal. Hoewel er de laatste decennia enorme technische vooruitgang is geboekt, hebben de ontwikkelingen nog niet geleid tot de ideale sensor zoals hierboven beschreven. De chemische sensoren die momenteel worden gebruikt, zijn complexe elektronische of optische apparaten die doorgaans voor een specifieke toepassing zijn bedoeld en kruisgevoelig zijn voor vele interfererende chemicaliën. Er zijn veel verschillende chemische sensoren verkrijgbaar: variërend van kleine, goedkope sensoren die gevoelig zijn voor veel chemische stoffen, tot grote draagbare apparaten die zeer sensitief en selectief, maar ook erg duur zijn.

Binnen dit grote scala aan technologieën hanteert TNO twee benaderingen, beide gebaseerd op de interacties van de te meten chemische stoffen met een responsief materiaal dat op de sensor is aangebracht:

1.Goedkope en zeer kleine multi-parameter sensoren die verschillende chemische stoffen in een gas of vloeistof kunnen detecteren.
2.Glasvezelsensoren die de aanwezigheid van chemische stoffen op grote afstanden en/of onder extreme condities kunnen detecteren.

Technologie

TNO heeft verschillende technologieën in kaart gebracht en ontwikkeld voor het oplossen van de problemen binnen de hierboven beschreven toepassingsgebieden:

• Capacitieve sensoren
• Fiber Bragg Grating detectie
• Verbeterde oppervlakte infraroodabsorptie
• Scheiding van deeltjes met Virtual Impactors
• Concentrator / Responsieve coatings

Markt

De toepassingsgebieden en markten waarvoor de ontwikkelingen rond chemische detectoren zijn bedoeld, lopen zeer uiteen, maar ze delen hun behoefte aan kleine en goedkope oplossingen:

• energie
• gezondheid
• milieu
• defensie en veiligheid

Laboratoriumfaciliteiten en competenties

De faciliteiten van TNO omvatten apparatuur voor het fabriceren van chemische sensoren alsook maatwerkopstellingen voor karakterisatie, het uitvoeren van tests en kalibratie.

De meeste door TNO ontwikkelde sensoren werken op basis van responsieve coatings. Wij beschikken over de mogelijkheid de hiervoor vereiste chemische stoffen in onze laboratoria te synthetiseren. Het goed aanbrengen van dergelijke coatings is belangrijk. Daartoe maken we gebruik van inkjet printen, nevelcoating, drop casting en andere methoden. Functionalisering van fibersensoren gebeurt met een plasmabehandeling voor het reinigen van de vezels en het aanbrengen van dunne functionele lagen. Daarnaast behoort ook het aanbrengen van keramische coatings op verschillende ondergronden tot de mogelijkheden.

Blootstellingen aan een verscheidenheid van stoffen kunnen getest worden. Een goed voorbeeld daarvan is ons Gas Exposure System (GES), een gasmengselopstelling die maximaal 8 gassen gelijktijdig kan blootstellen aan de sensor die zich in een hogedrukvat bevindt. Dit vat kan tot 50 °C worden verwarmd en is geschikt voor drukken tot 8 bar.

Het analyseren en testen van nieuw ontwikkelde systemen is een absolute vereiste. Daartoe kunnen sensoren op verschillende manieren worden uitgelezen, zoals middels Frequency Response Analyser (FRA) voor een capacitieve sensor. Waar het gaat om glasvezels gebeurt dit met behulp van zowel optische detectorsystemen als FTIR analyse.