Post on 15-Jan-2016
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Nanosensores Infrarrojos ‘Auto limpiables’
Basados en Nanopartículas de Carbono
KEYWORDS: carbon nanoparticles . flexible electronics . infrared sensor .self-cleaning . polydimethylsiloxane
Resumen
Nanosensores sensibles al infrarrojo y altamente flexibles fueron fabricados a base de nano partículas de carbono
y posteriormente analizados.
Resumen (Proceso)
Sintonización de Nano partículas de carbono (NPsC)
Fabricación de Sensores Infrarrojos
Caracterización de las NPsC
Medición de la Conductancia
Medición de respuesta al Infrarrojo
Síntesis de NPsC [Nano Partículas de Carbono]
Las Nano Partículas fueron sintetizadas
mediante un método de pirolisis de bajo costo.Utilizando un mechero de alcohol como fuente de carbono y barras de cerámica como sustrato
de deposición.
Síntesis de NPsC [Nano Partículas de Carbono]
Las NPsC se consiguieron
colocando las barras cerámicas a ~5.5 cm de la mecha en el núcleo
de una flama de 8.5 cm de altura.
La temperatura de las barras cerámicas fue de entre 790 y 830 ºC
Síntesis de NPsC [Nano Partículas de Carbono]
El hollín resultante de la combustión del alcohol fue recolectado en pequeñas
barritas cerámicas. En el hollín están contenidas las NPsC
Fabricación de Sensores IR
Una vez obtenidas las NPsC se transfirieron a un sustrato polimérico
transparente de Polidimetilsiloxano
(PDMS).
Fabricación de Sensores IR
Primero se preparó un sustrato pre-curado de PDMS.
Haciendo una mezcla con un agente de curado en proporción 10:1
Fabricación de Sensores IR
Esta mezcla se calentó en un horno eléctrico por entre 10 y 15 minutos en un horno a 60 ºC.
(La fluidez del PDMS se redujo drásticamente)
Fabricación de Sensores IR
En seguida, se colocaron las barritas cerámicas sobre el sustrato pre-curado de PDMS.
Esto terminó el proceso de curado y las NPsC se adhirieron al sustrato.
Fabricación de Sensores IR
Se retiraron las barras cerámicas cuidadosamente para dejar las NPsC adheridas al sustrato y se calentó nuevamente por 10-15 min a 60 ºC.
Fabricación de Sensores IR
El sustrato se cortó en tiras de 5x12mm.
Fabricación de Sensores IR
Finalmente se depositaron contactos de plata en ambos extremos de las tiras.
Caracterización de las NPsC
Las NPsC se caracterizaron mediante microscopía electrónica
de alta resolución(TEM y SEM). e
Adicionalmente se efectuaron
espectroscopiasRaman e IR
Además de estudiar su Superhidrofovicidad
Caracterización de las NPsC
La morfología de las NPsC se caracterizó mediante microscopía electrónica de barrido
(SEM)
Caracterización de las NPsC
Y microscopía electrónica de transmisión (TEM).
Se observó un tamaño homogéneo de las NPsC
Caracterización de las NPsC
Se efectuó espectrometría RAMAN con un laser de Ar de 514.5 nm como fuente de iluminación.
Esto a temperatura ambiente.
Caracterización de las NPsC
Se obtuvo una banda (G) en 1603(1/cm), que está relacionada con el modo de vibración de
contracción de enlace de pares de carbono.
Caracterización de las NPsC
Otra banda obtenida (D) en 1347(1/cm) muestra la existencia de desorden en las NPsC .
Caracterización de las NPsC
Los resultados indican que las NPsC crecieron con una estructura análoga a la del grafito con un
grado de desorden.
Caracterización de las NPsC
El tamaño de los cristales del plano de incidencia se puede calcular mediante la expresión.
La (nm) = (2.4)(10^-10)λ4(IG/ID)
IG e ID son las intensidades de las
bandas G y D respectivamente.
λ es la longitud de onda del laser (514.5 nm)
Caracterización de las NPsC
El tamaño calculado es de ~6.7 nm.El cuál coincide con el tamaño obtenido mediante
microscopía TEM
Caracterización de las NPsC
Se hizo espectrometría de absorción IRFTIR (Fourier Transform Infrared) para determinar el
estado electrónico de la estructura superficial de las NPsC
Caracterización de las NPsC
También se crecieron las mismas NPsC en cuarzo y se hizo medición de su respuesta al UV-vis.
Caracterización de las NPsC
Las bandas de absorción se localizan en longitudes de onda de 2719, 3760 y 4432 nm.
Caracterización de las NPsC
Estas bandas muestran los grupos funcionales -0H (hidróxidos), C-H (aldehídos) y =C-H (alquenos)
Caracterización de las NPsC
Se analizó la superhidrofovicidad de las NPsC y se encontró
que el ángulo de contacto de la muestra
es de 150.2º y el ángulo de
deslizamiento es de ~4º
Caracterización de las NPsC
Estas características son propias de una estructura del tipo Cassie-Baxter
Wenzel Cassie-Baxter
Caracterización de las NPsC
Esta estructura tiene el menor contacto superficial posible. Lo que permite que la
hidrofovicidad sea mayor
Wenzel Cassie-Baxter
Medición de la Conductancia
Se midió la conductancia de los
sensores a diferentes curvaturas
Medición de la ConductanciaLa muestra se dobló poco a poco en etapas de
2 μm y se midió la conductancia, antes y después de doblar la muestra.
Medición de la ConductanciaLa corriente se comporta de forma casi identica a diferentes curvaturas bajo voltaje constante (5 V)
NOTA: Se tiene un contacto óhmico de 22Ω
Medición de respuesta a IR
Se midió la respuesta al IR irradiando la muestra
con un laser Nd:YAG (1064 nm )
Medición de respuesta a IR
Se determinó que el tiempo de respuesta de la muestra es de 68 ms
y el tiempo de recuperación es de 1.2 s