Nanotecnología

La detección de mezclas combustibles o tóxicas gas/aire permite prevenir accidentes de bienes y personas, tanto en ambientes industriales como domésticos.

Los sensores de gases más utilizados se basan en óxidos semiconductores cuya conductividad eléctrica se ve modulada como consecuencia de la reacción producida entre el semiconductor y los gases presentes en la atmósfera. El dióxido de estaño es uno de los semiconductores que presenta más interés tecnológico como material activo en sensores de gases. Las propiedades de sensado del SnO2 (sensibilidad, selectividad y reproducibilidad) dependen de varios factores, siendo los más relevantes el tamaño de partícula, distribución de tamaño de partícula y área superficial específica. La utilización de SnO2  nanocristalino beneficia sustancialmente el sensado de gases, debido a la magnificación de los efectos superficiales.

El agregado de contaminantes en óxidos metálicos semiconductores permite alterar sus características eléctricas. Mediante la detección de las variaciones de conductividad eléctrica en la película de SnO2 por el fenómeno de adsorción, se detectan las partículas de gas presentes en el ambiente. (Ante la presencia de un gas, el óxido del metal hace que el gas se disocie en iones cargados con el resultado de una transferencia de electrones. Un par de electrodos parcialmente embebidos en el óxido del metal mide el cambio de conductividad del sensor. Este cambio es proporcional a la concentración del gas).

Los sensores de gases semiconductores, ya sean de películas gruesas, películas delgadas MOS, micromaquinado, entre otros, requieren ser calefactados de manera localizada y uniforme entre 200 y 450° C. (para mantenerlo a una temperatura óptima para la detección de gas). Debido a que su sensibilidad depende fuertemente de la temperatura de operación, es necesario controlar cuidadosamente dicha temperatura. Por tal motivo, el calefactor integrado de platino cumple la doble función de calefactar y controlar la temperatura deseada.

Los sensores, pueden detectar una gran gama de gases en rangos de ppm o combustibles. Se pueden conseguir diferentes características de respuesta variando los materiales, las técnicas del proceso y la temperatura de trabajo. Su simplicidad de construcción resulta en una vida de 10 a 25 años libre de problemas. Son robustos, aguantan choques y vibraciones siendo valido para servicio antiexplosión.

     El alarmante aumento de los índices de contaminación medioambiental está generando un creciente e imprescindible interés en el control y regulación de las emisiones contaminantes. En la atmósfera aparecen cada vez con mayor frecuencia gases como el CO o el NO₂, en concentraciones altamente peligrosas para nuestra salud y para el Medio Ambiente. Por lo tanto, en la actualidad se están intentendo desarrollar dispositivos capaces de detectar éstos y otros gases en pequeñas concentraciones. Además de en aplicaciones medioambientales, el uso de estos sensores de gases se requiere en otros campos como la medicina, el uso doméstico o el industrial. La mayoría de estos dispositivos son capaces de detectar gases en pequeñas concentraciones de incluso partes por millón (ppm), sin embargo aún puede mejorarse la eficiencia de respuesta de estos sensores, así como aumentar los niveles de detección, la selectividad o la sensibilidad ante un mayor número de gases. El constante desarrollo de la nanotecnología ha permitido conseguir estos objetivos gracias al elevado grado de control alcanzado en la síntesis e implementación de materiales nanoestructurados con dimensiones cada vez más pequeñas. La mayoría de estos sistemas detectores de gases funcionan modulando como una respuesta eléctrica, las variaciones de conductividad provocadas por un entorno gaseoso determinado. Cuanto mayor sea la superficie de contacto entre la atmósfera y el detector, mayor será el número de moléculas gaseosas que reaccionen. Por lo tanto se fabrican sensores a partir de materiales compuestos por granos de dimensiones nanométricas, puesto que de esta forma aumenta la relación entre la superficie y el volumen del sistema detector, y en consecuencia la respuesta del material. Trabajos como los de Rella, publicados en la revista Sensors & Actuators, demuestran la elevada respuesta que presentan sensores de óxido de estaño (SnO₂) compuestos por granos de 10 nm, ante gases como CO y NO₂. Si bien el SnO₂ es el material empleado con mayor profusión en la fabricación de sensores de gases, igualmente se emplean otros óxidos semiconductores como el TiO₂ o el WO₃.
    Pero la Nanotecnología presenta otras alternativas en el desarrollo de dispositivos sensores de gases, como son el dopado con nanopartículas de paladio y la utilización de nanotubos de carbono. Al recubrir los nanotubos con una serie de enzimas específicas (ECNT), se han conseguido realizar análisis químicos para fines médicos y medioambientales.