Ein Mini-Spektrometer im Mobiltelefon
Ist das Obst oder Fleisch frisch? Halten Sie einfach Ihr Mobiltelefon an die Ware und ein verbautes Mini-Spektrometer bestimmt den Frischegrad der Lebensmittel. Dahinter steckt eine Idee mit Nano-Antennen.
Ein Spektrometer im Kleinen: Forscher haben ein Spektrometer auf Basis von Nano-Antennen entwickelt, das dank seiner Größe in Mobiltelefone implementiert werden könnte. Der Einsatz von solchen Spektrometern im Miniaturfomat ist vielfältig: So lässt sich der Reife- und Frischegrad bei Obst oder Fleisch bestimmen: Einmal das Smartphone in die Nähe gehalten und schon kennt man den Zuckergehalt des Obstes. Es lässt sich auch die Atemluft von Zuckerkranken analysieren oder überprüfen, ob giftige Gase und Flüssigkeiten auf Flughäfen sind.
Bisherige Messlösungen auf konventioneller Basis sind ungeeignet. Wissenschaftler des Institutes für Angewandte Photophysik (IAPP) der TU Dresden und des Fraunhofer-Institutes für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP setzen im BMBF-Projekt „nanoSPECS“ zu einem Sprung an. Mit einem völlig neuen Konzept, welches auf Nano-Antennen beruht, entwickeln die Forscher ein Mini-Spektrometer, das ohne bewegliche Teile auskommt, eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung besitzt sowie das gesamte Spektrum von UV bis zum nahen Infrarotbereich detektieren kann.
Extrem kleines Spektrometer
Der Ansatz der Dresdner Forscher basiert auf Nano-Drähten, die wie kleine Antennen das eintreffende Signal verstärken und an den Detektor weiterleiten. Je nach Länge, Durchmesser, Material und gegenseitigem Abstand zueinander verstärken die Nano-Drähte das eintreffende Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge.
Man kann nun ein Antennen-Array aus Nano-Drähten unterschiedlicher Abmessungen, das heißt mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, herstellen und somit ein breites elektromagnetisches Spektrum aufnehmen. Die Antennen wirken gleichzeitig als optischer Verstärker, Konzentrator und optisches Filter. Da die optisch-sensitive Antennen-Schicht mehrere Bauteile in einem vereint und direkt auf einem CCD/CMOS-Chip integriert werden soll, wird das Spektrometer extrem klein, kaum größer als der Chip, und findet damit in jedem Mobiltelefon Platz.
Antennen-Array auf 8-Zoll-Wafern
Das IAPP hat das Verfahren, Gold- oder Silber-Nanostäbchen kontrolliert in den Poren einer Aluminiumoxid-Matrix elektrochemisch aufwachsen zu lassen, bereits im Labormaßstab entwickelt und seine Variabilität und Funktionalität nachgewiesen. Hauptziel des im August 2013 begonnenen dreijährigen Projektes „nanoSPECS“ ist die Aufskalierung und die Herstellung eines Gradienten-Antennen-Arrays auf 8-Zoll-Wafern.
Eine der Herausforderungen besteht darin, eine Aluminiumschicht als Vorstufe für die Aluminiumoxid-Matrix besonders präzise, reproduzierbar und homogen in Schichtdicke und ihrer mikrokristallinen Struktur herzustellen. Das Fraunhofer FEP wird bei diesem Schritt sein langjähriges Know-how in der Präzisionsbeschichtung einbringen und mit dem Magnetron-Sputtern ein Dünnschichtverfahren zur Verfügung stellen, welches eine präzise und wirtschaftliche Herstellung des Mini-Spektrometers auch für den Massenmarkt ermöglicht.
Quelle: Elektronik Praxis
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