Development of flexible gas sensors based on additive fabrication processes
- Autores: Miriam Alvarado Pérez
- Directores de la Tesis: José Luis Ramírez Falo (dir. tes.), Alfonso Romero Nevado (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: X. Vilanova (presid.), Frank Güell Vilà (secret.), Joana Catarina Torres Pimenta (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías para Nanosistemas, Bioingeniería y Energía por la Universidad Rovira i Virgili
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Hoy en día los sensores de gases son usados para monitorear la calidad del aire en interiores y exteriores, en lugares como casas, escuelas, hospitales, así como para medir la concentración de gases tóxicos que liberan los procesos industriales o los escapes de los coches, etc. Por otro lado, nuevas aplicaciones para los sensores de gases han surgido en el tema de la salud, científicos están trabajando en el diagnóstico de enfermedades como diabetes, asma, cáncer y halitosis, por medio del análisis del aliento exhalado. En términos generales, las aplicaciones de los sensores de gases se encuentran dirigidas a mejorar y preservar la calidad de vida de las personas. Con el desarrollo de la tecnología se siguen desarrollando más campos de aplicación para los sensores de gases, promoviendo la investigación y desarrollo en este campo. Al surgir nuevos campos de aplicación, surgen nuevos retos. Uno de los retos es desarrollar sensores de gases que puedan ser empleados durante el desarrollo de actividades de la vida cotidiana. Para ello se requiere que los sensores de gases sean flexibles mecánicamente, para adaptarse al cuerpo humano, a la vestimenta o accesorios, y realicen su función bajo condiciones ambientales variables. Para cumplir con las condiciones anteriores se ha propuesto la fabricación de sensores sobre soportes como plástico o papel. En el caso de los sensores de gases que utilizan óxidos metálicos como material sensible para la detección de gas surge un problema adicional. Materiales como el papel y el plástico no soportan las temperaturas a las que se sintetizan y modula la morfología de los óxidos metálicos. Además, los procesos de fabricación actuales están enfocados a la producción de sensores de gases sobre soportes rígidos como silicio o alúmina. Técnicas como la electrónica impresa han sido adaptadas para la fabricación de sensores flexibles. Las técnicas de electrónica impresa permiten la deposición patrones de materiales por medio de equipo de impresión, como screen-printing, offset lithography, gravure, flexography, e inkjet printing. Tomando como base los antecedentes anteriores, los objetivos de esta tesis son: 1. Fabricar sensores flexibles de gases por medio de técnicas de impresión.
2. Emplear óxidos metálicos como material sensible al gas.
3. Reducir el número de procesos de fabricación, el material desperdiciado y los costes de fabricación.
4. Demostrar la flexibilidad y durabilidad de los sensores fabricados.
Para la consecución de los objetivos, como material flexible se seleccionó un sustrato plástico (poliimida) que soporta temperaturas hasta de 400°C. Se utilizaron técnicas como stencil, screen-printing e inkjet-printing para la obtención de las pistas conductoras de los sensores. Para el depósito de los óxidos metálicos se siguieron dos enfoques: • Obtención previa de los óxidos metálicos y posterior depósito sobre el sustrato polimérico • Obtención in-situ de los óxidos metálicos.
Las técnicas utilizadas fueron drop-coating, aerosol-assisted chemical vapor deposition y screen-printing. El depósito de los materiales y la morfología de éstos se estudió por medio de técnicas de microscopía.
Para comprobar el desempeño de los sensores fabricados se realizan pruebas de medición de gases. Finalmente, después de las mejoras de diseño de los sensores fabricados, se sometieron a pruebas de flexión para comprobar su flexibilidad y durabilidad.
Se demostró que los sensores fabricados son flexibles y que su función de detección de gases continua después de ser sometidos a rigurosas pruebas de flexión. Asimismo, se encontró que algunas variaciones al proceso de fabricación de los sensores influyen en su resistencia a la flexión.
