Un equipo de ingenieros ha combinado la innovadora tecnología óptica con el uso de capas finas de nanocompuestos para crear un nuevo tipo de sensor que es barato, rápido, altamente sensible y capaz de detectar y analizar una amplia gama de gases.

Foto de Portada: Buscando explosivos . Creative Commons

Los hallazgos que acaban de ser publicados en la Revista Journal Of Materials Chemistry C, revelan que esta tecnología podría tener aplicaciones en multitud de áreas, desde la vigilancia ambiental pasando por la seguridad de aeropuertos o pruebas de alcoholemia y otras sustancias. El sensor es especialmente adecuado para detectar dióxido de carbono, y puede ser útil en aplicaciones o sistemas industriales diseñados para almacenar bajo tierra dióxido de carbono, como una herramienta para la reducción de gases de efecto invernadero.

La Universidad del Estado de Oregon (OSU) ha presentado una patente sobre la invención, desarrollada en colaboración con científicos de la National Energy Technology Lab  y el Departamento de Energía de Estados Unidos. Los investigadores de la OSU están ahora buscando colaboradores industriales para perfeccionar el sistema y ayudar a su comercialización.

Funcionamiento

«La detección óptica es muy eficaz en la detección e identificación de los gases a nivel de trazas, pero a menudo utiliza grandes aparatos de laboratorio que son terriblemente costosos y no pueden ser transportados al campo», dijo Alan Wang, un experto en fotónica y profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la OSU«.

Por el contrario, utilizamos métodos ópticos que pueden ser pequeños, portátiles y de bajo costo», dijo Wang. «Este sistema utiliza nanocristales plasmónicos que actúan en cierto modo como una pequeña lente, para concentrar una onda de luz y aumentar la sensibilidad.»

Este enfoque se combina con un marco de metal orgánico de capas finas, que puede adsorber rápidamente los gases por los poros del material, y ser reciclado mediante procesos de vacío simples. Después de que la capa fina captura las moléculas de gas cerca de la superficie, los materiales plasmónicos actúan en un rango cercano al infrarrojo, ayudan a amplificar la señal y a analizar con precisión la presencia y cantidades de diferentes gases.

«Al trabajar en el rango cercano al infrarrojo y utilizando estos nanocristales plasmónicos, hay un aumento de orden de magnitud en la sensibilidad», dijo Chih-Hung Chang, profesor de ingeniería química de OSU. «Este tipo de sensor debe ser capaz de mostrar rápidamente que gases exactamente están presentes y en qué cantidad».

Esa velocidad, precisión, portabilidad y bajo costo, según los investigadores, deberían permitir la utilización de instrumentos en campo para muchos propósitos. La industria alimentaria, por ejemplo, utiliza el dióxido de carbono para el almacenamiento de frutas y verduras, y el gas tiene que ser mantenido en ciertos niveles.

La detección de gas puede ser valiosa en la búsqueda de explosivos por lo que esta nueva tecnologías podría tener aplicaciones en aeropuertos o seguridad en pasos fronterizos. Por otra parte, en investigación ambiental se necesita monitorizar varios gases y también pueden existir otros usos en la atención de la salud, el funcionamiento óptimo de los motores de automóviles, o la prevención de fugas de gas natural.

OSU modelo a seguir en colaboración Universidad- Empresa

La Escuela de Ingeniería de OSU es un modelo de colaboración muy exitoso en Estados Unidos e incluye uno de los programas de ingeniería más grandes y productivos de la nación. Desde 1999, la universidad ha triplicado sus gastos de investigación hasta los  37,2 millones de dólares, haciendo hincapié en la investigación altamente colaborativa que resuelve los problemas globales, que crea nuevas empresas (spinn-offs), y proporciona verdaderas oportunidades a sus estudiantes a través de aprendizaje práctico.