2024-08-132024-08-13https://hdl.handle.net/11420/48750Dieses Projekt zielt darauf ab, selbsttragende, kennzeichnungsfreie, colorimetrische Sensoren zur Detektion von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) zu entwickeln. Dabei wird das Konzept anpassbarer 3D-photonischer Strukturen aus Kupferoxiden (CuxO) genutzt. Diese 3D-Strukturen weisen eine Modulation des Brechungsindex auf, entweder mit langer oder kurzer Periodizität, was zu photonischen Bandstopps oder Reflexionskanten führt, die sich als Strukturfarben im sichtbaren Wellenlängenspektrum manifestieren. Die Hypothese dreht sich darum, die Phasenänderungen in CuxO durch die Wechselwirkung mit CO/CO2 zu nutzen, was zu sichtbaren Verschiebungen in der Strukturfarbe führt und eine einfache, visuelle Beurteilung der Gasexposition ermöglicht, ohne auf externe Stromversorgung oder Elektronik angewiesen zu sein. Aufbauend auf unserer Expertise in der Manipulation der reflektiven Eigenschaften photonischer Strukturen besteht das Ziel darin, CuxO-photonische Strukturen mit kurzreichweitiger Ordnung zu schaffen, die als photonische Gläser (PhGs) bezeichnet werden. Diese PhGs weisen aufgrund reaktionsinduzierter Änderungen des Brechungsindex eine einstellbare Strukturfarbe auf. Das Projekt wird das Zusammenspiel der Parameter der 3D-photonischen Struktur, wie Makroporengröße, Volumenfüllung und Oxidphasenverhältnisse, untersuchen, um deren colorimetrische Reaktion vor und nach der Exposition gegenüber CO/CO2 zu beeinflussen. Der Fokus liegt auf In-situ-Charakterisierungsmethoden, die die durch Gasexposition und Gas-Feststoff-Reaktionen hervorgerufenen Morphologieveränderungen und Änderungen der optischen Eigenschaften verfolgen. Das ultimative Ziel ist die Bereitstellung eines benutzerfreundlichen, auf photonischer Basis arbeitenden, kennzeichnungsfreien colorimetrischen Sensors zur einfachen Beurteilung der Gasexposition.This project aims at developing self-sustaining, label-free, colorimetric sensors for carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2) detection, utilizing the concept of adaptable 3D photonic structures composed of copper oxides (CuxO). These 3D structures exhibit refractive index modulation, either with long- or short-range periodicity, resulting in photonic bandstops or reflection edges that manifest as structural colors within the visible wavelength spectrum. The hypothesis revolves around leveraging the phase changes induced in CuxO by the interaction with CO/CO2, leading to observable shifts in structural color, enabling a straightforward, naked-eye assessment of gas exposure without the need for external power or underlying electronics. Building on our expertise in manipulating the reflective properties of photonic structures, the goal is to create CuxO photonic structures with short-range order, referred to as photonic glasses (PhGs). These PhGs will feature tunable structural color due to reaction-induced refractive index changes. The project will investigate the interplay between the 3D photonic structure's parameters, such as macropore size, volume filling, and oxide phase ratios, influencing their colorimetric response pre and post-exposure to CO/CO2. The focus is on in-situ characterization methods, tracking the morphology changes and alterations in optical properties induced by gas exposure and gas-solid reactions. The ultimate aim is to provide a user-friendly, photonic-based label-free colorimetric sensor for facile gas exposure assessment.