• Utiliza una luz infrarroja para detectar concentraciones de sustancias determinadas.
  • Podría incorporarse en cualquier elemento de vidrio, incluso a smartphones.
  • Es una evolución de un sensor ya usado para detectar hielo en los aviones.

Un grupo de investigadores de Física y Cristalografía de los Materiales de la Universitat Rovira i Virgili (URV) ha desarrollado un sensor fotónico ultrasensible que es capaz de detectar sustancias contaminantes en el agua.

Javier Martínez, Airán Ródenas y Francesc Díaz, tres de los autores del artículo, en el laboratorio donde han diseñado el nuevo sensor.

Javier Martínez, Airán Ródenas y Francesc Díaz, tres de los autores del artículo, en el laboratorio donde han diseñado el nuevo sensor.

El sensor óptico utiliza una luz infrarroja que es absorbida por las moléculas de la sustancia con la que entra en contacto. Una misma sustancia puede absorber radiación con longitudes de onda diversas, dependiendo de su composición molecular, y cada porción del espectro que se absorbe se debe a una composición molecular específica.

El hecho de que diferentes sustancias tengan resonancias diferentes sirve para detectar concentraciones de sustancias determinadas a través de diferentes técnicas.

Este es uno de los resultados del prototipo actual, pero las simulaciones que ha hecho el grupo de investigación Física y Cristalografía de Materiales de la URV prevén que la sensibilidad del sensor se pueda aumentar todavía más.

Este nivel de precisión en la detección óptica de contaminantes en el agua sobre una superficie de dimensiones milimétricas puede tener un gran interés tecnológico puesto que este sensor, conectado mediante fibras ópticas, es capaz de incorporarse en cualquier elemento de vidrio, como por ejemplo probetas, puertas de microscopio o, incluso sobre pantallas de smartphones, ya que el sensor químico está diseñado en una plataforma transparente. La novedad del trabajo recae tanto en el mecanismo de detección como en su integrabilidad.

La tecnología de fabricación consta de escritura láser 3D de femtosegundos (0,000 000 000 000 001 segundos) sobre vidrio para realizar los elementos que guían la luz, las guías de onda, junto con la conexión de fibras ópticas comerciales, un hecho que facilita que esta tecnología pueda ser trasladada a escala industrial. El efecto plasmónico se consigue depositando una capa nanométrica de un material transparente conductor sobre la superficie del vidrio.

Detectar el hielo en las alas de los aviones.

El sensor plasmónico que ahora se ha diseñado es una evolución del que había patentado el mismo grupo de investigación previamente y que se ha demostrado que se puede utilizar en ambientes extremos, como aviones, o entornos abrasivos sometidos a la erosión atmosférica.

El sensor óptico detecta el cambio de estructura molecular del agua al pasar helarse. Fotografía de Ian Russell.

El sensor óptico detecta el cambio de estructura molecular del agua al pasar helarse. Fotografía de Ian Russell.

Este sensor no tiene incorporada la capa nanométrica y se basa en un mecanismo físico diferente, pero tiene la ventaja de ser más robusto y, por lo tanto, puede soportar ambientes erosivos porque el vidrio tiene la misma dureza que las partículas del aire.

La principal diferencia entre el agua líquida y la sólida es que tienen una estructura molecular diferente. Este cambio de estructura molecular, ordenada en el caso de agua sólida, es la que produce un cambio significativo en sus propiedades físicas, en concreto, en las propiedades ópticas (índice de refracción y su absorción). Como el sensor que han patentado es muy sensible a los cambios en estas propiedades del agua, es capaz de detectar instantáneamente la formación de hielo sobre su superficie.

Además, como el índice de refracción varía mucho también con la temperatura, se puede monitorear la temperatura del agua desde -40 ºC hasta +40 ºC. El dispositivo es muy versátil y el hecho de estar diseñado para ser conectado con fibra lo hace muy interesante para aplicaciones aeronáuticas, donde el peso tiene que ser mínimo y, como las fibras ópticas son mucho más ligeras que los cables eléctricos, son más deseables para ser integradas en un avión.

El sensor de hielo ha sido validado en un túnel de hielo, en el centro IFAM-Fraunhofer de Alemania, donde ha sido sometido a condiciones reales de formación de hielo en vuelo a velocidades de hasta 342 km/h. El comportamiento del sensor ha sido muy satisfactorio porque se han detectado diferentes tipos de hielo con una rapidez mayor que la de cualquier otra tecnología de detección de hielo para aviones existente.

En estos momentos las instituciones que han participado en el proyecto JEDI-ACE (Japanese-European De-Icing Aircraft Collaborative Exploration –un programa de I+D entre Europa y Japón que estudia cómo evitar, alertar y eliminar el hielo que se acumula en zonas del avión–, trabajan en solicitar un nuevo proyecto donde el sensor tendría un papel central y sería testado en aviones reales.

Fuente: sinc.