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  • El sensor inalámbrico CNT en papel podría ayudar a detectar dispositivos explosivos

    Krishna Naishadham, izquierda, y Xiaojuan (Judy) Song muestran dos tipos de prototipos de dispositivos inalámbricos con detección de amoníaco. (Foto de Georgia Tech:Gary Meek)

    (PhysOrg.com) - Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un prototipo de sensor inalámbrico capaz de detectar trazas de un ingrediente clave que se encuentra en muchos explosivos.

    El dispositivo, que emplea nanotubos de carbono y se imprime en papel o material similar al papel utilizando tecnología de inyección de tinta estándar, podrían desplegarse en grandes cantidades para alertar a las autoridades sobre la presencia de explosivos, como los artefactos explosivos improvisados ​​(IED).

    "Este prototipo representa un paso significativo hacia la producción de un sistema inalámbrico integrado para la detección de explosivos, ”Dijo Krishna Naishadham, un científico investigador principal que dirige el trabajo en el Instituto de Investigación Tecnológica de Georgia (GTRI). “Incorpora un sensor y un dispositivo de comunicaciones en un pequeño paquete de bajo costo que podría funcionar en casi cualquier lugar ".

    Otros tipos de sensores de gases peligrosos se basan en la costosa fabricación de semiconductores y la cromatografía de gases. Naishadham dijo:y consumen más energía, requieren intervención humana, y normalmente no funcionan a temperatura ambiente. Es más, esos sensores no se han integrado con dispositivos de comunicación como antenas.

    El componente inalámbrico para comunicar la información del sensor, una antena resonante y liviana, se imprimió en papel fotográfico utilizando técnicas de inyección de tinta diseñadas por el profesor Manos Tentzeris de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech. Tentzeris está colaborando con Naishadham en el desarrollo del dispositivo sensor.

    El componente sensorial, basado en nanotubos de carbono funcionalizados (CNT), ha sido fabricado y probado para detectar sensibilidad por Xiaojuan (Judy) Song, un científico investigador de GTRI. El dispositivo se basa en materiales de nanotubos de carbono optimizados por Song.

    En julio se realizó una presentación sobre esta tecnología de detección en el IEEE Antennas and Propagation Symposium (IEEE APS) en Spokane, Lavar., por Hoseon Lee, un doctorado estudiante de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática co-asesorado por Tentzeris y Naishadham. El trabajo recibió la Mención de Honor en el concurso de Mejor Trabajo de Estudiante en el simposio.

    Este no es el primer sensor de amoníaco impreso por inyección de tinta que se ha integrado con una antena en papel, dijo Tentzeris. Su grupo produjo un sensor integrado similar el año pasado en colaboración con el grupo de investigación de C.P. Wong, quien es profesor de Regents y catedrático del Instituto Smithgall en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Georgia Tech.

    "La diferencia fundamental es que este sensor CNT más nuevo posee una sensibilidad drásticamente mejorada a concentraciones minúsculas de amoníaco, —Dijo Tentzeris. "Eso debería permitir que las primeras aplicaciones prácticas detecten trazas de gases peligrosos en entornos operativos desafiantes utilizando dispositivos impresos por inyección de tinta".

    Tentzeris explicó que la clave para imprimir componentes, circuitos y antenas radica en nuevas “tintas” que contienen nanopartículas de plata en una emulsión que la impresora puede depositar a bajas temperaturas, alrededor de 100 grados centígrados. Un proceso llamado sonicación ayuda a lograr una viscosidad y homogeneidad óptimas de la tinta, permitiendo la deposición uniforme del material y permitiendo la máxima eficacia operativa para los componentes a base de papel.

    "La impresión por chorro de tinta es económica y conveniente en comparación con otras tecnologías, como el grabado en húmedo, —Dijo Tentzeris. "Utilizando las tintas adecuadas, una impresora se puede utilizar en casi cualquier lugar para producir circuitos y componentes personalizados, reemplazando los enfoques tradicionales de sala limpia ".

    Los materiales de bajo costo, como el papel fotográfico pesado o plásticos como el tereftalato de polietileno, pueden hacerse resistentes al agua para garantizar una mayor confiabilidad. añadió. La impresión de componentes de inyección de tinta también puede utilizar materiales orgánicos flexibles, como el polímero de cristal líquido (LCP), que son conocidos por su robustez y resistencia a la intemperie. Los componentes resultantes son de tamaño similar a los componentes convencionales, pero pueden adaptarse y adherirse a casi cualquier superficie.

    Naishadham explicó que las mismas técnicas de inyección de tinta utilizadas para producir componentes de RF, También se pueden utilizar circuitos y antenas para depositar los nanotubos de carbono funcionalizados que se utilizan para la detección. Estas estructuras cilíndricas a nanoescala, aproximadamente una mil millonésima parte de un metro de diámetro, o 1/50, 000th del ancho de un cabello humano:se funcionalizan recubriéndolos con un polímero conductor que atrae el amoníaco, un ingrediente importante que se encuentra en muchos artefactos explosivos improvisados.

    La sonicación de los nanotubos de carbono funcionalizados produce una tinta uniforme a base de agua que se puede imprimir lado a lado con componentes de RF y antenas para producir un nodo sensor inalámbrico compacto.

    "Los nanotubos de carbono optimizados se aplican como una película sensora, con funcionalización específica diseñada para un gas o analito en particular, Dijo Song. “El sensor GTRI detecta trazas de amoníaco que generalmente se encuentran cerca de dispositivos explosivos, y también se puede diseñar para detectar gases similares en el hogar, entornos sanitarios e industriales a niveles de concentración muy bajos ”.

    El sensor ha sido diseñado para detectar amoníaco en cantidades mínimas, tan bajas como cinco partes por millón, Dijo Naishadham.

    El paquete de detección integrado resultante puede detectar potencialmente la presencia de trazas de materiales explosivos a distancia, sin poner en peligro vidas humanas. Este enfoque, llamada detección de standoff, implica el uso de tecnología de RF para identificar materiales explosivos a una distancia relativamente segura. El equipo de GTRI ha diseñado el dispositivo para enviar una alerta al personal cercano cuando detecta amoníaco.

    Los nodos de sensores inalámbricos requieren una energía relativamente baja, que podría provenir de una serie de tecnologías, incluidas las baterías de película delgada, células solares o técnicas de captación y captación de energía. En colaboración con los grupos de Tentzeris y Wong, GTRI está investigando formas de hacer que el sensor funcione de forma pasiva, sin ningún consumo de energía.

    "Nos estamos enfocando en brindar detección de puntos muertos para quienes participan en misiones militares o humanitarias y otras situaciones peligrosas, ”Dijo Naishadham. “Creemos que será posible, y rentable, para desplegar una gran cantidad de estos detectores en vehículos o robots en una zona de combate militar ".


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