Los investigadores de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares (MEPhI) diseñaron el prototipo del dispositivo capaz de detectar hidrógeno sin los sensores termoquímicos. El artículo sobre el estudio financiado con la participación del Ministerio ruso de Educación y Ciencias fue publicado en la revista Technical Physics Letters.
Sin embargo, las grandes dimensiones de semejantes termoelementos generan problemas a la hora de colocar los sensores en los captadores multifuncionales fabricados en un chip. Por lo tanto, es sumamente interesante conocer el uso de las posibilidades internas de las estructuras de capa fina que se crean en las obleas de carburo de silicio monocristalino. Es decir, buscar vías para evitar las fuentes externas de alimentación usando como respuesta solo la modificación de las propiedades del material que pueden ser medidas.
Los científicos de la MEPhI decidieron estudiar cómo se modifican las estructuras MOSiC (metal-óxido-carburo de silicio) dependiendo del contenido de oxígeno en el ambiente. Para ello, los investigadores cubrieron una placa de carburo de silicio —de 15x15 milímetros y de 400 micrómetros de grosor— con dos películas: la película de óxido de wolframio, básica y sensible al hidrógeno —de 200 nanómetros de grosor—, y la de platino —de 10 nanómetros—, destinada a acelerar la reacción química. En el revés de la placa se instaló un contacto para desviar la corriente.
Para registrar el hidrógeno se medía la señal eléctrica entre los dos lados de la muestra: el sensible al gas —de óxido de wolframio— y el del reverso. La introducción de hidrógeno en el ambiente hasta conseguir una concentración del 2% generaba un incremento de 15 veces el de la señal. Este es notablemente superior a la respuesta del mismo sistema registrada por el método tradicional.
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Este método consiste en medir la corriente que traspasa la estructura al modificarse la tensión externa aplicada. No obstante, el nuevo sistema mide la corriente que atraviesa la placa desde el anverso hacia el reverso sin aplicar tensión externa. Al mismo tiempo, la estructura MOSiC diseñada funcionaba sin la capa catalítica de platino, que tiene un coste muy alto, dado que la intensidad de la señal de respuesta al hidrógeno resultó suficiente para utilizarla en la práctica sin fuentes de alimentación complementarias.
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La detección del hidrógeno y otros gases detonantes en condiciones complicadas, como en altas temperaturas o con concentración de gases, es un problema candente tanto para la ciencia como para muchos sectores industriales. Según los investigadores, el nuevo desarrollo permitirá fabricar eficaces detectores no solo de hidrógeno sino también de otros gases detonantes.
