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Thermosensorik

Wissenschaftliches Profil

Der wissenschaftliche Schwerpunkt der Arbeitsgruppe „Thermosensorik“ liegt in der Erforschung und Entwicklung robuster, passiver photonischer Sensoren, die auf dem thermoelektrischen Wandlungsprinzip beruhen und autark, ohne Stromversorgung, arbeiten. Als Grundlage dient die festkörperphysikalische und materialwissenschaftliche Untersuchung und Weiterentwicklung hocheffektiver thermoelektrischer Materialien.

Die Sensoren sind in der Regel für den ungekühlten Betrieb bei Raumtemperatur ausgelegt, wobei auch Anwendungsfälle bei höheren und tieferen Temperaturen abgedeckt werden. Daraus resultiert eine besondere Kompaktheit, die für viele Anwendungsfelder von wesentlicher Bedeutung ist. Ihr Einsatzgebiet erstreckt sich vom sichtbaren Licht über das Infrarote (IR) bis in den oberen Terahertz (THz)-Bereich, wobei der Schwerpunkt im IR liegt.

Typische Sensoren weisen eine hohe Linearität über fünf Größenordnungen auf. Dies ist insbesondere für Kompaktspektrometer relevant, die ein großes Potential für lebenswissenschaftliche Anwendungen haben und in den Bereichen Umwelt, Gesundheit und Medizin eingesetzt werden, wobei die Medizintechnik einen besonderen Schwerpunkt bildet. Darüber hinaus sind diese Sensoren für den Einsatz in Weltraumanwendungen prädestiniert, was sich in der Beteiligung an verschiedenen Weltraumprojekten zeigt:

• ROSETTA (berührungslose Messung der Oberflächentemperatur auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko),
• MSL (mehrere TS-100-Sensoren aus dem IPHT messen berührungslos die Oberflächentemperatur der Marsoberfläche (Rover Curiosity),
BepiColombo (Radiometerchip soll sowohl die Oberflächentemperatur als auch die mineralogische Zusammensetzung der Merkuroberfläche messen),
• Hayabusa II (berührungslose Messung der Oberflächentemperatur auf dem Asteroiden Ryugu sowie Rückschlüsse auf die mineralogische Zusammensetzung),
• InSight (berührungslose Messung der Oberflächentemperatur auf dem Planeten Mars sowie Rückschlüsse auf die mineralogische Zusammensetzung- HP3-Modul)
Mars 2020 (thermische Sensoren für das Modul MEDA auf dem Marsrover Perseverance)

Forschungsthemen

• Erforschung, Herstellung und Weiterentwicklung hocheffektiver thermoelektrischer Materialien
• Entwicklung hocheffektiver Absorber- und Emittermaterialien und -strukturen
• Photonische Detektoren mit hoher Empfindlichkeit und Linearität für ungekühlte thermische IR- und THz-Sensorsysteme
• Entwicklung maßgeschneiderter thermischer Sensoren für Anwendungen mit besonderen Anforderungen an Aufbau, Spektralbereich, Empfindlichkeit, Robustheit und Linearität

Adressierte Anwendungsfelder

  • Thermoelektrische Sensorsysteme mit hohere Linearität und Empfindlichkeit
  • Anwendungen in Umwelt, Gesundheit und Medizin sowie Raumfahrt
  • Pyrometrie, NDIR- und dispersive Spektroskopie von VIS über IR bis THz 



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