nanosensores infrarrojos
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Experimento de creación de nanoàrtículas de carbonoTRANSCRIPT
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Nanosensores Infrarrojos ‘Auto limpiables’
Basados en Nanopartículas de Carbono
KEYWORDS: carbon nanoparticles . flexible electronics . infrared sensor .self-cleaning . polydimethylsiloxane
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Resumen
Nanosensores sensibles al infrarrojo y altamente flexibles fueron fabricados a base de nano partículas de carbono
y posteriormente analizados.
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Resumen (Proceso)
Sintonización de Nano partículas de carbono (NPsC)
Fabricación de Sensores Infrarrojos
Caracterización de las NPsC
Medición de la Conductancia
Medición de respuesta al Infrarrojo
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Síntesis de NPsC [Nano Partículas de Carbono]
Las Nano Partículas fueron sintetizadas
mediante un método de pirolisis de bajo costo.Utilizando un mechero de alcohol como fuente de carbono y barras de cerámica como sustrato
de deposición.
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Síntesis de NPsC [Nano Partículas de Carbono]
Las NPsC se consiguieron
colocando las barras cerámicas a ~5.5 cm de la mecha en el núcleo
de una flama de 8.5 cm de altura.
La temperatura de las barras cerámicas fue de entre 790 y 830 ºC
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Síntesis de NPsC [Nano Partículas de Carbono]
El hollín resultante de la combustión del alcohol fue recolectado en pequeñas
barritas cerámicas. En el hollín están contenidas las NPsC
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Fabricación de Sensores IR
Una vez obtenidas las NPsC se transfirieron a un sustrato polimérico
transparente de Polidimetilsiloxano
(PDMS).
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Fabricación de Sensores IR
Primero se preparó un sustrato pre-curado de PDMS.
Haciendo una mezcla con un agente de curado en proporción 10:1
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Fabricación de Sensores IR
Esta mezcla se calentó en un horno eléctrico por entre 10 y 15 minutos en un horno a 60 ºC.
(La fluidez del PDMS se redujo drásticamente)
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Fabricación de Sensores IR
En seguida, se colocaron las barritas cerámicas sobre el sustrato pre-curado de PDMS.
Esto terminó el proceso de curado y las NPsC se adhirieron al sustrato.
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Fabricación de Sensores IR
Se retiraron las barras cerámicas cuidadosamente para dejar las NPsC adheridas al sustrato y se calentó nuevamente por 10-15 min a 60 ºC.
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Fabricación de Sensores IR
El sustrato se cortó en tiras de 5x12mm.
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Fabricación de Sensores IR
Finalmente se depositaron contactos de plata en ambos extremos de las tiras.
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Caracterización de las NPsC
Las NPsC se caracterizaron mediante microscopía electrónica
de alta resolución(TEM y SEM). e
Adicionalmente se efectuaron
espectroscopiasRaman e IR
Además de estudiar su Superhidrofovicidad
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Caracterización de las NPsC
La morfología de las NPsC se caracterizó mediante microscopía electrónica de barrido
(SEM)
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Caracterización de las NPsC
Y microscopía electrónica de transmisión (TEM).
Se observó un tamaño homogéneo de las NPsC
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Caracterización de las NPsC
Se efectuó espectrometría RAMAN con un laser de Ar de 514.5 nm como fuente de iluminación.
Esto a temperatura ambiente.
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Caracterización de las NPsC
Se obtuvo una banda (G) en 1603(1/cm), que está relacionada con el modo de vibración de
contracción de enlace de pares de carbono.
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Caracterización de las NPsC
Otra banda obtenida (D) en 1347(1/cm) muestra la existencia de desorden en las NPsC .
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Caracterización de las NPsC
Los resultados indican que las NPsC crecieron con una estructura análoga a la del grafito con un
grado de desorden.
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Caracterización de las NPsC
El tamaño de los cristales del plano de incidencia se puede calcular mediante la expresión.
La (nm) = (2.4)(10^-10)λ4(IG/ID)
IG e ID son las intensidades de las
bandas G y D respectivamente.
λ es la longitud de onda del laser (514.5 nm)
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Caracterización de las NPsC
El tamaño calculado es de ~6.7 nm.El cuál coincide con el tamaño obtenido mediante
microscopía TEM
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Caracterización de las NPsC
Se hizo espectrometría de absorción IRFTIR (Fourier Transform Infrared) para determinar el
estado electrónico de la estructura superficial de las NPsC
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Caracterización de las NPsC
También se crecieron las mismas NPsC en cuarzo y se hizo medición de su respuesta al UV-vis.
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Caracterización de las NPsC
Las bandas de absorción se localizan en longitudes de onda de 2719, 3760 y 4432 nm.
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Caracterización de las NPsC
Estas bandas muestran los grupos funcionales -0H (hidróxidos), C-H (aldehídos) y =C-H (alquenos)
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Caracterización de las NPsC
Se analizó la superhidrofovicidad de las NPsC y se encontró
que el ángulo de contacto de la muestra
es de 150.2º y el ángulo de
deslizamiento es de ~4º
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Caracterización de las NPsC
Estas características son propias de una estructura del tipo Cassie-Baxter
Wenzel Cassie-Baxter
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Caracterización de las NPsC
Esta estructura tiene el menor contacto superficial posible. Lo que permite que la
hidrofovicidad sea mayor
Wenzel Cassie-Baxter
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Medición de la Conductancia
Se midió la conductancia de los
sensores a diferentes curvaturas
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Medición de la ConductanciaLa muestra se dobló poco a poco en etapas de
2 μm y se midió la conductancia, antes y después de doblar la muestra.
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Medición de la ConductanciaLa corriente se comporta de forma casi identica a diferentes curvaturas bajo voltaje constante (5 V)
NOTA: Se tiene un contacto óhmico de 22Ω
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Medición de respuesta a IR
Se midió la respuesta al IR irradiando la muestra
con un laser Nd:YAG (1064 nm )
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Medición de respuesta a IR
Se determinó que el tiempo de respuesta de la muestra es de 68 ms
y el tiempo de recuperación es de 1.2 s