Jamón Donhee, Profesor Gordon McKay de Ingeniería Eléctrica y Física Aplicada, ha recibido $ 1.7 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía del Departamento de Energía de EE. UU. (ARPA-E) para desarrollar dispositivos electrónicos de resonancia magnética nuclear (RMN) miniaturizados. El pequeño tamaño y el bajo costo de los dispositivos se prestan a un amplio despliegue en el subsuelo profundo de la Tierra, permitiendo la obtención de imágenes de formaciones rocosas para la exploración de petróleo y gas.

La RMN es una técnica que perturba los protones dentro de una molécula para obtener pistas importantes sobre su estructura y movimiento. Puede identificar sustancias desconocidas, detectar variaciones muy leves en la composición química con resolución atómica, y medir cómo se mueven e interactúan las moléculas, convirtiéndola en una herramienta esencial en química orgánica, biología estructural, y descubrimiento de fármacos.

Desde la década de 1990, La RMN ha sido una herramienta vital para la exploración de petróleo en la industria del petróleo y el gas. Se utiliza para examinar la composición de los fluidos, así como las interacciones moleculares entre las superficies de las rocas y los fluidos, y ha ayudado a descubrir grandes yacimientos de petróleo y esquisto en Brasil y Estados Unidos.

Sin embargo, La electrónica de RMN actual utilizada en el descubrimiento de petróleo y gas es voluminosa, pesado y caro. Miden más de 12 pies de alto y pesan más de 200 libras. Ham y su equipo buscan cambiar eso integrando los voluminosos componentes electrónicos de RMN en un chip semiconductor que se puede sostener en la palma de la mano.

"Estos pequeños componentes electrónicos de RMN se pueden difundir de forma mucho más amplia a lo largo de las formaciones geológicas, permitiendo el monitoreo distribuido a largo plazo del subsuelo de la Tierra, transformar el descubrimiento y la producción de petróleo en campos maduros, campos de aguas profundas, y depósitos de petróleo / gas no convencionales, "dijo Ham." Tal monitoreo distribuido es como obtener imágenes del subsuelo de la Tierra, al igual que las mismas imágenes físicas de RMN dentro del cuerpo humano en la RM ".

Durante los últimos 10 años, Ham y su equipo han estado reduciendo los dispositivos de RMN para detección biomolecular de diagnóstico portátil y espectroscopía biomolecular utilizando tecnología de circuito integrado de silicio, la tecnología responsable de los microprocesadores de computadora. El presente proyecto se basa en esa experiencia.

El nuevo desafío para las aplicaciones del subsuelo profundo es fabricar componentes electrónicos a escala de chip que puedan soportar las altas temperaturas del entorno subterráneo. Los circuitos integrados de silicio de generación actual no están diseñados para aplicaciones de alta temperatura. Para superar este desafío, Ham y su equipo utilizarán tecnología de circuito integrado de nitruro de galio (GaN), lo que no solo ayuda en la miniaturización, sino que también permite que el sistema funcione a altas temperaturas.

Además del descubrimiento de petróleo y gas subterráneo, este dispositivo de RMN en miniatura podría distribuirse ampliamente para controlar la calidad y mejorar la eficiencia en los elementos posteriores de la cadena energética, Incluye el envío, canalización mezcla refinería, almacenamiento, y distribución.

Esta investigación es parte de una colaboración continua con Schlumberger, una de las empresas de servicios petroleros más grandes del mundo. La financiación es a través del programa ARPA-E OPEN, cuyo objetivo es identificar nuevas tecnologías potencialmente disruptivas en todo el espectro de aplicaciones energéticas.