Transmissionselektronmikroskopieresultat erhållna för utvalda Al-dopade ZnO-filmer framställda med solgeltekniken inklusive ljusa fältbilder (a – d), ett representativt valt områdesdiffraktionsmönster (e), och en ljus förstoringsbild med låg förstoring som illustrerar mikronskalfilmsrynkning (f).
Sensorteamet på DOE:s National Energy Technology Laboratory arbetar med sensorteknologi för att möjliggöra inbäddad gasavkänning vid hög temperatur. Teamets mål är att utveckla nya material med stora optiska svar och högtemperaturstabilitet för integration med optiska sensorplattformar.
Höga temperaturhårda miljöförhållanden är relevanta för en mängd olika avancerade fossila energitillämpningar, inklusive fastoxidbränsleceller, gasturbiner, och avancerade förbränningssystem. Realtidsövervakning av kritiska processparametrar kan avsevärt påverka befintliga kraftverk genom att öka effektiviteten och minska utsläppen. Det skulle också uppmuntra ett framgångsrikt antagande av nästa generations fossilbränslebaserad kraftgenereringsteknik. För miljöer med hög temperatur, optiska sensorteknologier erbjuder fördelar jämfört med alternativa kemi-resistiva gassensorer, som begränsas av behovet av elektriska ledningar till den inbäddade platsen och instabila elektriska kontakter och anslutningar.
Genom en kombination av teoretiska simuleringar och experiment, teamet har visat att genomskinliga ledande oxider som Al-dopad ZnO visar betydande löfte för optisk gasavkänning vid hög temperatur i det nära-infraröda (IR) våglängdsområdet. För denna unika klass av material, elektrisk konduktivitet kan direkt kopplas till de nära -IR optiska absorptionsfunktionerna, möjliggör direkt optisk transduktion av de mer allmänt undersökta kemi-resistiva avkänningssvaren. När det gäller nanopartikelbaserade filmer, en fri elektronresonans ger upphov till en skarp absorptionsfunktion i nära IR. Hittills, Forskare har visat användbara avkänningssvar vid temperaturer som närmar sig 700 °C med detta tillvägagångssätt. Teamet tror att högre temperaturer kan uppnås i framtiden genom identifiering av transparent ledande oxidbeteende i dopade varianter av högre temperaturstabila oxidsystem. En ny artikel publicerad i Thin Solid Films, 539 (2013) 327–336, diskuterar en demonstration av konceptet för det Al-dopade ZnO-systemet.
En icke-provisorisk patentansökan om konceptet ingavs också den 26 juni, 2013 (USA 13, 927, 223).
