Laser-nanostructured metal oxide semiconductors for conductometric gas sensors
- Autores: Laura Parellada Monreal
- Directores de la Tesis: Gemma García Mandayo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Navarra ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Eduard Llobet Valero (presid.), Santiago Miguel Olaizola Izquierdo (secret.), Giulia Zonta (voc.), Lionel Presmanes (voc.), Stella Vallejos Vargas (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Los materiales nanoestructurados presentan diferentes propiedades físicas si se comparan con su material bulk equivalente. La integración de este tipo de materiales en dispositivos convencionales, tales como sensores de gas, puede mejorar algunas de sus características como la sensibilidad, la selectividad y la respuesta, lo que es importante para el desarrollo de sensores de gas fiables. En particular, la nanoestructuración de óxidos metálicos semiconductores se ha investigado extensamente para su aplicación en sensores de gas conductométricos.
Los dos principales inconvenientes de la mayoría de las técnicas de nanoestructuración son la baja velocidad de los procesos, no escalable a la producción en la industria, y la necesidad de transferir las nanoestructuras al dispositivo (procesos ex-situ). Por este motivo, el presente trabajo estudia la detección de gases de semiconductores nanoestructurados mediante dos técnicas top-down que son rápidas, de bajo coste, de proceso in-situ y automatizables: patrón directo por interferencia láser (direct laser interference patterning (DLIP)) y nanoestructuración mediante láser de femtosegundos (femtosecond laser subwavelength patterning).
DLIP es una técnica sin contacto, que utiliza los patrones de interferencia generados por dos o más haces láser coherentes para estructurar directamente los materiales. Por otro lado, la nanoestructuración mediante láser de femtosegundos genera estructuras periódicas inducidas por láser (LIPSS) cuando la radiación polarizada linealmente interactúa con un sólido.
Este trabajo se centra en la detección de dióxido de nitrógeno (NO2), ya que es uno de los contaminantes más comunes, del que es necesario medir concentraciones muy bajas. De hecho, la recomendación del Comité Científico de Límites de Exposición Ocupacional para el Dióxido de Nitrógeno de La Comisión Europea establece 0.5 ppm como el TWA de 8 horas.
En particular, esta tesis recoge el estudio de tres tipos diferentes sensores de gas nanoestructurados por láser para la detección de bajas concentraciones de NO2: sensores de ZnO procesados por DLIP, sensores de ZnO nanostructurado con LIPSS y sensores de WO3 procesados por DLIP. En todos los casos estudiados, se ha obtenido una mejora de la respuesta en los sensores nanoestructurados en comparación con dispositivos a los que se ha realizado un recocido, lo cual indica el potencial de las tecnologías láser.
Además, se ha estudiado el efecto de las condiciones de detección (flujo y posición del sensor dentro de la cámara) en el rendimiento de los sensores comparando resultados experimentales con simulaciones de flujo de gas. Por último, se ha incluido la integración de los sensores fabricados en una plataforma inalámbrica.
