Technische Universität München
München
Die Technische Universität München sucht einen motivierten PhD/Postdoc für die Entwicklung neuartiger, Lithium-basierter elektrochemischer Gassensoren. Ziel ist die Erforschung neuer Materialien und Fertigungsmethoden zur Schaffung kosteneffizienter und energieeffizienter Sensoren für die Luftqualitätsüberwachung. Der Kandidat wird an der Charakterisierung von Materialien und der Validierung von Sensormechanismen beteiligt sein. Die Stelle bietet die Möglichkeit, an einer wichtigen Herausforderung im Bereich Umweltschutz und Gesundheit mitzuwirken. Bewerbungen sind bis zum 12. September 2023 einzureichen.
Laut der Weltgesundheitsorganisation sterben jährlich schätzungsweise sieben Millionen Menschen an Luftverschmutzung im Freien und in Haushalten, was jeden achten Todesfall weltweit ausmacht. Die Luftverschmutzung, eine existenzielle Bedrohung für Europa und die Welt, beeinträchtigt die Sicherheit, den Komfort und die Gesundheit von Mensch und Vegetation. Sie ist die größte Umweltursache für multiple psychische und physische Erkrankungen und für vorzeitige Todesfälle, insbesondere bei Kindern, Menschen mit bestimmten Erkrankungen und älteren Menschen. Da etwa 91 % der Bevölkerung in städtischen Gebieten leben und verschmutzte Luft atmen, werden dringend miniaturisierte Erfassungseinheiten zur Überwachung der Luftqualität benötigt, um die Luftqualität, die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu erhalten. Aktuelle, hochmoderne, kommerzielle, miniaturisierte Gassensoren, die auf klassischen Sauerstoffleitern basieren, sind weder energieeffizient noch kosteneffektiv. Die Realisierung und Optimierung erschwinglicher, stromsparender Gassensoren ist ein wichtiger Schritt zur Bekämpfung von Klima- und Umweltproblemen und zur Umwandlung der EU in eine moderne, ressourceneffiziente und wettbewerbsfähige Wirtschaft.
Aufgaben und Qualifikationen
Der Schwerpunkt dieses PhD/Postdoc-Projekts liegt auf der Entwicklung eines neuen Li-betriebenen potentiometrischen elektrochemischen Gassensors (PEGS) auf Basis von schnellen Li-Ionenleitern. Die schnellen Ionenleitungs-Eigenschaften von Li-basierten Materialien eröffnen die Möglichkeiten kostengünstiger, stromsparender Multi-Sensor-Arrays mit schneller Reaktion, neuen Sensor-Elektroden-Chemikalien und einem erweiterten Gasspektrum. Ziel des vorgeschlagenen PhD-Projekts ist die Untersuchung neuer Materialien, Herstellungswege und Geräte sowie das Erreichen eines tiefgreifenden Verständnisses der Betriebs-Chemie und -Physik bei der Gassensorik. Die am weitesten verbreiteten Festkörperelektrolyte in PEGS sind O2-Ionenleiter, einschließlich Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid, Wolfram-stabilisiertem Bismutoxid, Samarium-dotiertem Ceria und Na+-Ionenleiter wie Natrium-β-Aluminiumoxid und NASICON. Nichtsdestotrotz erfordert die relativ geringe Mobilität von O2- und Na+-Ionen recht hohe Betriebstemperaturen über 500 °C, um eine schnelle Ansprech-/Erholungszeit zu gewährleisten, was zu einem hohen Energieverbrauch des Sensors führt. Es bleibt überraschend, dass Li-Festkörperoxidleiter trotz ihrer hohen Leitfähigkeit und Stabilität fast vernachlässigt wurden, um klassische Sauerstoffleiter in Sensoren als Elektrolyte zu ersetzen.
Die folgenden Arbeiten sind ein guter Ausgangspunkt, um sich mit dem Thema vertraut zu machen:
1. M Balaish, JLM Rupp, Widening the Range of Trackable Environmental and Health Pollutants for Li‐Garnet‐Based Sensors, Advanced Materials, 2021; https://doi.org/10.1002/adma.202100314
2. M Balaish, JLM Rupp, Design of triple and quadruple phase boundaries and chemistries for environmental SO 2 electrochemical sensing, Journal of Materials Chemistry A, 2021
3. M. Struzik, I. Garbayo, R. Pfenninger, J.L.M. Rupp, A Simple and Fast Electrochemical CO2 Sensor based on Li7La3Zr2O12 for Environmental Monitoring, Advanced Materials, 30, 1804098 (2018)
Dr. Moran Balaish
Junior Research Group Leader Technical University of Munich
Lichtenbergstr. 4, 85748 Garching b. München
balaish@tumint-energy.de
moran.balaish@tum.de
Die Stelle ist für die Besetzung mit schwerbehinderten Menschen geeignet. Schwerbehinderte Bewerberinnen und Bewerber werden bei ansonsten im wesentlichen gleicher Eignung, Befähigung und fachlicher Leistung bevorzugt eingestellt.
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Kontakt: moran.balaish@tum.de
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