Resultados de microscopía electrónica de transmisión obtenidos para películas seleccionadas de ZnO dopadas con Al preparadas mediante la técnica sol-gel, incluidas imágenes de campo claro (a – d), un patrón de difracción de área seleccionada representativa (e), y una imagen de campo brillante de bajo aumento que ilustra el arrugado de la película a escala micrométrica (f).
El equipo de sensores del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del DOE está trabajando en tecnologías de sensores para permitir la detección de gas integrada a alta temperatura. El objetivo del equipo es desarrollar materiales novedosos con grandes respuestas ópticas y estabilidad a altas temperaturas para su integración con plataformas de sensores ópticos.
Las condiciones ambientales adversas de alta temperatura son relevantes para una amplia gama de aplicaciones avanzadas de energía fósil, incluidas las pilas de combustible de óxido sólido, turbinas de gas, y sistemas de combustión avanzados. El monitoreo en tiempo real de los parámetros críticos del proceso podría tener un impacto significativo en las centrales eléctricas existentes al aumentar la eficiencia y reducir las emisiones. También alentaría la adopción exitosa de tecnologías de generación de energía basadas en combustibles fósiles de próxima generación. Para entornos de alta temperatura, Las tecnologías de sensores ópticos ofrecen beneficios sobre los sensores de gas químico-resistivos alternativos, que están limitados por la necesidad de cableado eléctrico a la ubicación empotrada y conexiones y contactos eléctricos inestables.
Mediante una combinación de simulaciones teóricas y experimentos, El equipo ha demostrado que los óxidos conductores transparentes, como el ZnO dopado con Al, son muy prometedores para la detección óptica de gases a alta temperatura en el rango de longitud de onda del infrarrojo cercano (IR). Para esta clase única de materiales, la conductividad eléctrica se puede vincular directamente con las características de absorción óptica de infrarrojos cercanos, permitiendo la transducción óptica directa de las respuestas de detección químico-resistivas más comúnmente investigadas. En el caso de películas a base de nanopartículas, una resonancia de electrones libres da lugar a una característica de absorción aguda en el infrarrojo cercano. Hasta la fecha, Los investigadores han demostrado respuestas de detección útiles a temperaturas cercanas a los 700 ° C utilizando este enfoque. El equipo cree que se pueden lograr temperaturas más altas en el futuro a través de la identificación del comportamiento del óxido conductor transparente en variantes dopadas de sistemas de óxido estables a temperaturas más altas. Un artículo reciente publicado en Thin Solid Films, 539 (2013) 327–336, analiza una demostración del concepto del sistema ZnO dopado con Al.
También se presentó una solicitud de patente no provisional sobre el concepto el 26 de junio, 2013 (Estados Unidos 13, 927, 223).
