Diseñan minidetector de gases

Por Ricardo Capilla

Ciudad de México. 12 de julio de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- En el Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Cimav), se está desarrollando un sensor para medir concentraciones de gases perjudiciales para la salud del hombre. Este dispositivo, desarrollado en el área de Materiales Magnéticos del Cimav, permite detectar monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO₂), gases a base de nitrógeno y etanol (C₂H₆O).

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Sión Federico Olive Méndez y el maestro José Trinidad Holguín Momaca, investigadores del Cimav, dijeron que el sensor puede ser instalado en lugares en donde exista el riesgo de concentración de los gases mencionados, como por ejemplo en laboratorios o en la industria, además de poder implementarse en automóviles y así evitar que las personas alcoholizadas puedan poner en marcha un vehículo.

El pequeño dispositivo de apenas cinco milímetros por cinco milímetros tiene la capacidad de detectar concentraciones de gases en el aire en el orden de partes por millón (ppm), gracias a los diminutos alambres de óxido de estaño (SnO₂) de 35 nanómetros (nm) de diámetro que se encuentran distribuidos en él. Los alambres son tan pequeños que se necesitarían dos mil de ellos para igualar el diámetro de un cabello humano, explicó el maestro Holguín Momaca.

Agregó que el dispositivo puede utilizarse para advertir en caso de que se presenten fugas en talleres, laboratorios e industrias, aun en concentraciones muy bajas, lo que ayudaría a prevenir accidentes que perjudiquen al personal. Según las pruebas realizadas por los investigadores, el dispositivo tiene una sensibilidad que permite detectar hasta un mínimo de 10 ppm de etanol.

“Dependiendo de la concentración de los gases y el tiempo de exposición, las personas que estén en contacto con ellos pueden presentar desde mareos o náuseas, hasta llegar a casos más graves como intoxicación e incluso la muerte”, expuso el doctor Olive Méndez.

Asimismo, dijo que los límites establecidos por la Norma Oficial Mexicana, en el caso del monóxido de carbono la concentración perjudicial comienza en 60 ppm, para el ácido sulfúrico son 80 ppm, mientras que en gases con base de nitrógeno son alrededor de 200 ppm.

Los nanoalambres son elaborados en el Cimav por medio de un horno tubular de atmósfera controlada. El óxido de estaño se seleccionó debido a que posee estabilidad termodinámica y química que, en combinación con la técnica utilizada para su fabricación, permite crear sensores más sensibles y de menor costo con respecto a los sensores que utilizan películas delgadas, explicó Holguín Momaca.

Por su parte, el doctor Olive Méndez explicó que este proyecto tiene sometidas dos solicitudes de patente en el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI). La primera es sobre el método utilizado para la fabricación del sensor, mientras que la segunda es sobre el proceso para incrementar la sensibilidad de ppm del dispositivo.

Dentro de las pruebas realizadas en laboratorio se ha determinado que el sensor puede funcionar de manera óptima a una temperatura de 200 grados Celsius. El doctor Olive Méndez comentó que esto es muy favorable, ya que en lo que se reporta en la literatura existente sobre el tema, se habla de que este tipo de sensores opera a temperaturas de entre 300 y 350 grados Celsius.

Esta investigación fue publicada en el portal IOPscience bajo el título Core to shell switching of the conduction channel on SnO2 nanowire sensors.

“Al reducir considerablemente la temperatura de operación, se permite que el dispositivo real tenga mayor durabilidad en cuanto al uso de batería”, dijo Olive Méndez.

Indicó que se realizaron pruebas para determinar —y aumentar— la sensibilidad del sensor. Originalmente el sensor podía detectar 50 ppm, pero después de aplicar el proceso para incrementar la sensibilidad descrito en la segunda patente, se logró detectar hasta 10 ppm, es decir, cinco veces más.

A la par de la investigación de sensado de gases, se estudian las propiedades magnéticas de los nanoalambres de óxido de estaño dopados con pequeñas cantidades de metales magnéticos como el cobalto, el hierro o el níquel. Cuando se agrega uno de estos elementos, los nanoalambres adquieren propiedades ferromagnéticas.

Cuando los nanoalambres adquieren esta propiedad, se obtiene un material funcional que permite manipular el giro de los electrones y controlar el transporte de los mismos. Gracias a estas dos características se podrían fabricar memorias de acceso aleatorio magnéticas (magnetic RAM, por sus siglas en inglés) que, a diferencia de las convencionales, almacenarían la información de manera no volátil.

Conoce el Cimav El Centro de Investigación en Materiales Avanzados es una de las 27 instituciones coordinadas por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). Fue creado el 25 de octubre de 1994 en la ciudad de Chihuahua, Chihuahua. Dentro de las áreas de su competencia están materiales, energía y medio ambiente. La institución cuenta con una sede ubicada en Chihuahua, Chihuahua; una subsede localizada en Monterrey, Nuevo León; un departamento académico externo situado en Durango, Durango, y una oficina de representación establecida en Ciudad Juárez, Chihuahua. El Cimav colabora con universidades nacionales e internacionales en la formación de recursos humanos de excelencia, logrando obtener un importante récord de egresados que se desempeñan en el sector productivo dentro del ámbito de su profesión.

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