Onderzoek van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) heeft een prototype opgeleverd van een draagbare stikstofdioxidemeter. Promovenda Anne-Marije Andringa ontwikkelde de sensor op basis van een veldeffecttransistor (Fet). Typische toepassingen zijn te vinden in de medische hoek, maar de meter kan ook interessant zijn voor de auto-industrie. Andringa promoveert op 8 februari aan de faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen van de RUG op haar proefschrift ’Gas sensing with field-effect transistors‘.
Stikstofdioxide kan doordringen in het halfgeleidermateriaal van een Fet en zet daar vrije elektronen vast, die nodig zijn om een stroom te laten lopen. Daardoor neemt de geleiding af. Door het aantal vrije elektronen via de gate van de transistor te manipuleren, is het mogelijk de gevoeligheid voor het gas maximaal te maken. Andringa ontwikkelde een model dat nauwkeurig beschrijft wat de relatie is tussen de concentratie stikstofdioxide, de spanning op de gate en de stroom die door de halfgeleider loopt.
’De huidige generatie stikstofoxidesensoren werkt met een weerstand, die hoger wordt naarmate er meer stikstofoxide aanwezig is. Dan gaat het echter om een weerstandstoename van een paar procenten‘, legt de promovenda uit. In de Fet zorgt stikstofdioxide ervoor dat de stroom van ’aan‘ naar ’uit‘ gaat. Dat levert een veel sterker signaal op.
Andringa is niet de eerste die een Fet gebruikt om stikstofoxides te meten. Eerdere experimenten waren er echter nooit op gericht om een in de praktijk bruikbare, gekalibreerde sensor te maken. ’Ik heb een compleet meetprotocol ontwikkeld met een model erachter dat beschrijft wat er precies gebeurt en welke concentratie hoort bij een bepaalde meetwaarde. Het model heb ik experimenteel geverifieerd en ik heb een prototype sensor gedemonstreerd die realtime de concentratie stikstofdioxide kan detecteren.‘
PhD pitches at the Benelux RF Conference
Learn about the latest trends and developments in high-end RF techniques. On 24 May, the Benelux RF Conference will take place in Nijmegen. New this year are the PhD pitches, in which young professionals present their research results. Make sure to reserve your seat in time and register now.
De sensor is te integreren in micro-elektronica, wat allerlei toepassingen mogelijk maakt. Zo is bekend dat bij astmapatiënten enkele dagen voor een zware aanval de concentratie stikstofmonoxide in de ademhalingslucht omhooggaat. ’Dat kun je nu alleen in het ziekenhuis meten‘, vertelt Andringa. ’Met een draagbare sensor zouden patiënten dat thuis kunnen doen. Dat zou het eenvoudiger maken om bij een dreigende aanval de medicijnen aan te passen.‘
’Je zou de sensor ook kunnen inbouwen in een auto om te zien hoe goed je katalysator nog werkt‘, geeft Andringa een ander voorbeeld. Voor het meten van gasvormige stikstofoxides, een onderdeel van de apk-keuring, is nu complexe en dure apparatuur nodig. Het werk van de promovenda laat zien dat zo‘n meetsysteem eenvoudiger en kleiner kan.
Andringa heeft haar promotieproject uitgevoerd bij Philips Research in Eindhoven. Haar begeleider was Dago de Leeuw, die een onderzoeksfunctie daar combineert met een hoogleraarschap bij het Zernike Institute for Advanced Materials van de Rijksuniversiteit Groningen. Het project van Andringa is gefinancierd door NWO en de RUG; Philips Research heeft labfaciliteiten en ondersteuning beschikbaar gesteld.