Nowe, niedrogie, przenośne detektory gazu

Naukowcy ze związanej z Cambridge University firmy Cambridge CMOS Sensors skonstruowali tani w produkcji czujnik, który może stać się bazą dla niedrogich przenośnych czujników gazu. Urządzenie mogłoby być wykorzystywane do wykrywania toksycznych i łatwopalnych gazów w aplikacjach związanych z motoryzacją, czy środowiskiem.

Konstrukcja nowego czujnika oparta jest na wolframowej mikropłycie grzejnej wyposażonej w zintegrowaną elektronikę. Obwody elektroniczne zbudowane są z użyciem technologii CMOS krzem na izolatorze (SOI), wykorzystywanej do produkcji obwodów zintegrowanych.

Twórcy twierdzą, że ich konstrukcja jest wolna od niedoskonałości, które dotąd uniemożliwiały stosowanie rezystancyjnych czujników gazu w przenośnych, zasilanych bateriami urządzeniach, oraz aplikacjach motoryzacyjnych małej mocy.

Podczas testów laboratoryjnych, czujnik udowodnił, że może działać w temperaturze dochodzącej do 500 stopni Celsjusza, zużywając nie więcej niż 5 do 10 miliwatów. Tymczasem, według przedstawicieli Cambridge CMOS Sensors, istniejące czujniki zużywają około 1 wata mając przy tym znacznie dłuższy czas reakcji. Według Juliana Gardnera, współzałożyciela firmy, czas reakcji termicznej nowego czujnika jest liczony w milisekundach, a istniejących czujników, w sekundach.

„Jesteśmy w stanie do uzyskania większej ilości informacji chemicznych wykorzystać techniki modulacji termicznej.” – stwierdził Gardner. „Pokazaliśmy, że jeden czujnik może wykryć trzy różne gazy, co pozwoli obniżyć koszt urządzeń do detekcji różnych gazów.” – dodał.

Rezystywne czujniki gazu składają się z materiału reagującego na gaz, jak domieszkowany tlenek cynku ogrzany przez mikropłytę grzejną.

Koncentracja gazu określana jest poprzez zmianę rezystancji materiału aktywnego. Mikrokalorymetry wykorzystują mikropłytę grzejną z katalizatorem w postaci palladu, do tego, by przyspieszyć spalanie gazów łatwopalnych. Temperatura rosnąca w wyniku spalania jest wprost pro
porcjonalna do stężenia gazu.

Wcześniej naukowcy próbowali już wykorzystać w rezystancyjnych czujnikach gazu koncepcję krzemowej mikropłyty grzejnej, jednakże Gardner i Udrea, drugi współzałożyciel firmy, są pierwszymi, którym udało się wyprodukować je tanio z zastosowaniem technologii CMOS. „Głównym wyzwaniem było zaprojektowanie izotermicznych płyt grzejnych z dobrym zarządzaniem naprężeniem termicznym.” – stwierdził Gardner. Gardner i Udrea wpadli na pomysł, by wykorzystać do połączeń pomiędzy obwodem i mikropłytą grzejną wolfram.

Bill Milne, trzeci współzałożyciel Cambridge CMOS Sensors, stwierdził, że wprawdzie wolfram był już wcześniej wykorzystywany w połączeniach, jednakże oni jako pierwsi zastosowali go również w innych obszarach mikropłyty grzejnej.

„Dzięki wolframowi można działać przy wyższych temperaturach niż miałoby to miejsce w przypadku aluminium.” – powiedział Milne. „

Wśród potencjalnych zastosowań czujników wymienia się monitorowanie jakości powietrza w samolotach, czy alkomaty.

„Eksplorujemy również nowe rynki w kontekście wykorzystania mikropłyt grzejnych poza dziedziną detekcji gazów.” – dodał Gardner.

(lk)