Ist Ihre Umgebung sicher? Modifizierte Graphen‑Sensoren könnten Echtzeit‑Antworten liefern

Forschende der Universität Chiba in Japan behandelten Graphen mit Sauerstoff-, Wasserstoff- oder Argonplasma, um die Erkennung von Ammoniak (NH₃) zu untersuchen. In kontrollierten Laborversuchen zeigte oxidiertes Graphen die stärkste Reaktion. Die Studie prüft ein Sensormaterial; sie stellt noch kein tragbares Sicherheitsgerät vor, das sämtliche schädlichen Gase erkennt.

Wie erkennen Gassensoren einen Stoff?

Für die Gasmessung gibt es unter anderem Halbleiter-, Infrarot- und elektrochemische Sensoren. Welche Technik geeignet ist, hängt vom Gas, der Umgebung, der geforderten Empfindlichkeit und der Kalibrierung ab. An einer Graphenoberfläche können sich Gasmoleküle anlagern und den elektrischen Widerstand verändern. Diese Änderung lässt sich messen.

Drei Plasmabehandlungen im Vergleich

In der Studie in ACS Applied Materials & Interfaces verglich das Team mit O₂-, H₂- und Ar-Plasma behandeltes Graphen mit unbehandeltem Material. Sauerstoff bewirkte Oxidation und leerstellenartige Defekte. Wasserstoff führte vor allem zu sp³-Bindungen; nach Argonbehandlung zeigten sich beide Arten von Veränderungen.

Bild: Ammoniak

Was ergaben die Messungen?

Oxidiertes Graphen reagierte am stärksten auf NH₃. Bei einem Ammoniakdruck von 3,2 kPa änderte sich der Widerstand nach fünf Sekunden Sauerstoffbehandlung um etwa 30%, nach zwanzig Sekunden um 27%. Bei argonbehandeltem Graphen lag die Änderung bei rund 20–22%, bei wasserstoffbehandeltem bei 15–17%. Diese Werte gelten für den Versuchsaufbau und sind keine garantierten Nachweisgrenzen am Arbeitsplatz.

Eine längere Behandlung erhöhte die Empfindlichkeit nicht automatisch. Sie beeinflusste auch die Bindung des Ammoniaks und die Wiederverwendbarkeit. Wie schnell der ursprüngliche Widerstand zurückkehrte, hing von Temperatur und Entfernung des Gases beziehungsweise Erwärmung ab. Feuchtigkeit und andere Gase müssen weiter untersucht werden.

Mögliche Anwendungen

Ein künftiger Ammoniaksensor könnte industrielle oder Umweltmessungen unterstützen. Die Forschenden testeten jedoch weder ein vollständiges tragbares Gerät noch ein Medizinprodukt oder ein System zur Lebensmittelüberwachung. Für andere Gase sind gesonderte Nachweise nötig. Herstellungskosten und ein Markteinführungstermin wurden nicht bestimmt.

Forschende und Unternehmen

Die Autoren Sogo Iwakami, Shunya Yakushiji und Tomonori Ohba arbeiten an der Universität Chiba. Honeywell ist ein eigenständiges Unternehmen im Sensorbereich und wird nicht als Beteiligter dieser Studie genannt. Aus dem Ergebnis lässt sich kein unmittelbarer Schluss auf Umsatz oder Aktienkurs ziehen.

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Fazit

Durch Sauerstoffplasma verändertes Graphen lieferte in den beschriebenen Versuchen das stärkste Ammoniaksignal. Der Weg zu einem zuverlässigen Gerät für reale Umgebungen erfordert weitere Tests.

Quelle: Iwakami, S. und Mitautoren, ACS Applied Materials & Interfaces (2025), doi:10.1021/acsami.4c17257.