Sensores para altas temperaturas y ambientes extremos

Investigadores de la Universidad de Houston han inventado un sensor que puede funcionar a temperaturas de hasta 900 °C o 1650 °F.

Las industrias extremas requieren sensores para la seguridad y la integridad del sistema. Los oleoductos petroquímicos están expuestos a una variedad de climas, desde desiertos abrasadores hasta condiciones árticas heladas. Por ejemplo, los reactores nucleares alcanzan temperaturas de 300 a 1000 grados centígrados y los pozos geotérmicos alcanzan temperaturas de 600 grados centígrados.

Investigadores de la Universidad de Houston han desarrollado un sensor que funciona en temperaturas extremas de hasta 900 °C o 1650 °F, igualando el calor de la lava volcánica máfica, el tipo de lava más caliente de la Tierra. Los sensores robustos son esenciales para un rendimiento eficiente y confiable en entornos extremos.

para que funcione

El equipo ha desarrollado sensores de presión basados ​​en GaN para entornos hostiles. La sensibilidad se mantiene hasta 350 °C, que es ligeramente inferior a la de los transductores de titanato de zirconato de plomo (PZT). Para probar la hipótesis, el equipo diseñó un sensor usando nitruro de aluminio (AlN), creyendo que la banda prohibida estrecha, que se refiere a la energía mínima requerida para excitar un electrón y facilitar la conductividad eléctrica, es fundamental para la disminución observada en la sensibilidad. El sensor confirmó la hipótesis de que alcanzó la temperatura de funcionamiento más alta entre los sensores piezoeléctricos.

Aunque AlN y GaN tienen propiedades beneficiosas para los sensores de entornos extremos, el equipo se entusiasmó al descubrir que AlN tenía una banda prohibida y un rango de temperatura más amplios. Sin embargo, se enfrentaron a obstáculos técnicos para sintetizar y fabricar AlN de película fina, flexible y de alta calidad. Los investigadores se centraron en dispositivos piezoeléctricos y materiales III-N.

¿Que sigue?

Después de demostrar con éxito las capacidades de los sensores piezoeléctricos de alta temperatura basados ​​en AlN, los investigadores planean someterlos a pruebas rigurosas en entornos reales y hostiles. Los investigadores planean usar el sensor en escenarios difíciles, como exposición a neutrones y pruebas de alta presión en plantas de energía nuclear y almacenamiento de hidrógeno. Debido a las propiedades estables de sus materiales, los sensores de AlN pueden funcionar eficazmente en atmósferas expuestas a neutrones y en condiciones de presión extrema.

La flexibilidad del sensor brinda beneficios adicionales y permite su uso en aplicaciones futuras, como sensores portátiles para el control de la salud personal y sensores de precisión en robótica blanda. Los investigadores asumen que su sensor será comercialmente viable en el futuro.

Referencia: Nam-In Kim et al., Sensores piezoeléctricos que funcionan a temperaturas muy altas y en entornos extremos fabricados a partir de películas delgadas de AlN monocristalinas flexibles de banda prohibida ultraancha (Adv. Funct. Mater. 10/2023), Materiales funcionales avanzados (2023). DOI: 10.1002/adfm.202370056