Abstract
El presente TFG ha sido desarrollado en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) mediante un contrato de prácticas extracurriculares con la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Esta investigación forma parte de las actividades que se desarrollan en el marco del proyecto NanoSenAQM del Programa Interreg-Sudoe de la Unión Europea, que coordina el CSIC. El trabajo ha sido dirigido por Esther Hontañón Lavín y Sergio Masa Avís, científicos del CSIC, y por María del Mar de la Fuente García-Soto, profesora titular de la ETSII. La motivación del trabajo surge ante la necesidad de monitorizar la calidad del aire ambiental a través de redes inalámbricas de sensores conectadas a un servidor central. Para ello es necesario diseñar sensores sensibles a gases contaminantes de reducidas dimensiones, bajo coste e integrables en todo tipo de dispositivos. La dimensión de este proyecto abarca el diseño, preparación y caracterización de sensores químicos sensibles a ozono. Los sensores químicos transforman información química en señales analíticamente útiles. Estos constan de dos componentes: el receptor y el transductor. En primer lugar, el receptor, expuesto a la atmósfera a analizar (analito), sufre un proceso químico que provoca un cambio en alguna de sus propiedades físicas. A continuación, el transductor traduce dicho cambio en una señal eléctrica, medible, cuantificable y manipulable. Se transforma así la información química del analito en información eléctrica. Por último, esta señal es tratada en un microprocesador, cuya función es mostrar los datos en formato digital. Los sensores empleados en este estudio son sensores resistivos de óxidos metálicos (MOX). Estos basan su funcionamiento en la interacción del gas a detectar con una capa de material sensible a dicho gas. Dicha interacción causa una variación en la resistencia del sensor, proporcional a la concentración del analito. Midiendo la resistencia del sensor en una atmósfera de composición conocida, es posible obtener una función que relacione la resistencia del sensor con la concentración del analito en la atmósfera, o curva de calibración del sensor. Con esta curva, y realizando el proceso inverso, es posible obtener la concentración del analito en el gas a analizar a partir del valor de la resistencia del sensor expuesto a dicho atmósfera. Estos sensores se componen de material activo sensible a los gases y sustrato, sobre el que se deposita el material activo. Este sustrato está realizado con silicio y cuenta con dos estructuras micromecanizadas. Por una parte, los heaters permiten calentar el sensor a la temperatura de trabajo, ya que la sensibilidad es mayor a altas temperaturas. Y, por otra parte, los electrodos interdigitados (IDTs) forman un circuito abierto que se cierra a través del material activo. Aplicando tensión entre ellos y midiendo la intensidad de la corriente es posible calcular la resistencia del material. Como material activo se han empleado nanofibras de dióxido de estaño (SnO2). El dióxido de estaño es un sólido cristalino semiconductor que, debido a la fisisorción y quimisorción de moléculas de ozono, varía su conductividad y, por lo tanto, resistencia eléctrica. Además, dicha conductividad también es sensible al oxígeno ambiental, temperatura y humedad, por lo que se ha estudiado el efecto de todos ellos. Además, se ha estudiado también el dopado del material activo con partículas de grafeno, debido al aumento en la sensibilidad que esto produce a bajas temperaturas.
