COLLEGE PARK, MARYLAND, 12. März 2009 - Eine Gruppe von Forschern in Tennessee und Dänemark hat einen Weg gefunden, Sprengstoffe anhand der physikalischen Eigenschaften ihrer Dämpfe empfindlich zu erkennen. Ihre Technologie, die derzeit zu Prototyp-Geräten für Feldtests entwickelt wird, wird in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Review of Scientific Instruments beschrieben, die vom American Institute of Physics (AIP) herausgegeben wird.

"Bestimmte Sprengstoffklassen haben einzigartige thermische Eigenschaften, die dazu beitragen, explosive Dämpfe in Gegenwart anderer Dämpfe zu erkennen", sagt Thomas Thundat, Forscher am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) und der University of Tennessee, die zusammen mit seinen Kollegen bei ORNL die Forschung durchgeführt hat und der Technischen Universität von Dänemark.

In ihrer Arbeit zeigen die Wissenschaftler, dass ihre Technologie zur Detektion von Sprengstoffen fähig ist. Sie zeigen auch, dass es in der Lage ist, zwischen explosiven und nicht explosiven Chemikalien zu unterscheiden und zwischen einzelnen Sprengstoffen wie TNT, PETN und RDX zu unterscheiden.

Thundat und andere arbeiten seit Jahren an Sprengstoffsensoren. Typische Sensoren verwenden Ionenmobilitätsspektrometer, die kleinste Mengen an Chemikalien ionisieren und messen, wie schnell sie sich durch ein elektrisches Feld bewegen. Diese Instrumente sind zwar schnell, empfindlich und zuverlässig, aber sie sind auch teuer und sperrig, so dass viele Forscher in den letzten Jahren versucht haben, ein billigeres, tragbareres Gerät zum Auffinden von Sprengstoffen zu finden.

Ein Großteil dieser Forschung konzentriert sich auf „mikromechanische“ Geräte - winzige Sensoren mit mikroskopischen Sonden, auf denen sich in der Luft befindliche chemische Dämpfe ablagern. Wenn die richtigen Chemikalien die Oberfläche der Sensoren finden, induzieren sie winzige mechanische Bewegungen, und diese Bewegungen erzeugen elektronische Signale, die gemessen werden können.

Diese Vorrichtungen sind relativ kostengünstig herzustellen und können Sprengstoffe empfindlich erkennen, sie haben jedoch häufig den Nachteil, dass sie nicht zwischen ähnlichen Chemikalien - den gefährlichen und den benignen - unterscheiden können. Sie können beispielsweise eine Spurenmenge an TNT nachweisen, können diese aber möglicherweise nicht von einer Spurenmenge an Benzin unterscheiden.

Auf der Suche nach einem besseren mikromechanischen Sensor erkannten Thundat und seine Kollegen, dass sie Sprengstoffe selektiv und mit extrem hoher Empfindlichkeit erkennen können, indem sie Sensoren bauen, die die thermischen Signaturen chemischer Dämpfe untersuchen.

Sie begannen mit mikromechanischen Standardsensoren - Geräten mit mikroskopischen Auslegern, die an einem Ende gestützt wurden. Sie modifizierten die Cantilever so, dass sie elektronisch erwärmt werden konnten, indem ein Strom durch sie geleitet wurde. Als Nächstes erlaubten sie Luft über die Sensoren zu strömen. Wenn explosive Dämpfe in der Luft vorhanden waren, konnten sie nachgewiesen werden, wenn sich im Dampf befindliche Moleküle an den Auslegern festhielten.

Durch Erhitzen der Ausleger im Bruchteil einer Sekunde könnten sie zwischen Sprengstoff und Nicht-Sprengstoff unterscheiden. Alle getesteten Sprengstoffe reagierten innerhalb von Sekundenbruchteilen mit einzigartigen und reproduzierbaren thermischen Antwortmustern. Thundat und seine Kollegen demonstrieren in ihrer Arbeit, dass sie sehr kleine Mengen von adsorbierten Sprengstoffen entdecken könnten - mit einem Limit von 600 Pikogramm (ein Pikogramm ist ein Billionstel eines Gramms). Sie verbessern jetzt die Empfindlichkeit und stellen ein Prototyp-Gerät her, von dem sie erwarten, dass es später in diesem Jahr für den Feldtest bereit sein wird.