Gli aspirapolvere sono una parte vitale dei processi, come la liofilizzazione, utilizzati per realizzare e conservare innumerevoli oggetti di uso quotidiano e devono essere misurati con precisione. Uno spin-off dell'EPFL, Hexisense, sta portando sul mercato un chip a base di nitruro di gallio in grado di misurare la quantità di determinate molecole di gas a basso costo e con una precisione senza pari.

Cosa fa uno specchio, una tazza di yogurt, hanno in comune una batteria per auto elettrica e una lampadina a LED? I loro processi produttivi richiedono tutti il ​​vuoto, cioè un ambiente in cui vengono rimosse le molecole di gas. Generalmente, quando l'ultima goccia è stata versata da una bottiglia, la bottiglia è considerata vuota. Fisicamente, però, rimane pieno di gas. Quando è necessario il vuoto, le pompe aspiranti lasciano una quantità di gas variabile a seconda del processo utilizzato. Il vuoto viene quindi valutato in base alla pressione esercitata dal numero di molecole che rimangono nel contenitore. Questa misurazione è fondamentale per i produttori e uno spin-off dell'EPFL si sta preparando a portare sul mercato un piccolo chip che potrebbe semplificare loro la vita.

Uno strumento ideale per la liofilizzazione

Prendiamo come esempio la liofilizzazione. Questa è una tecnica per conservare il cibo che mantiene il suo colore e la sua consistenza e la maggior parte delle sue qualità nutrizionali e del suo sapore. Viene spesso utilizzato durante la ricerca e la produzione di alimenti e medicinali, ed è molto dispendioso in termini di energia e tempo. Gli articoli vengono asciugati nel vuoto, e l'ostacolo principale è che non esiste un modo a basso costo per determinare il momento esatto in cui il processo può essere interrotto. Ciò significa che il macchinario fa più lavoro del necessario. Il sensore sviluppato dal Laboratorio di semiconduttori avanzati per fotonica ed elettronica dell'EPFL potrebbe superare questo inconveniente indicando la quantità residua di vapore acqueo in tempo reale.

I sistemi per il vuoto contengono vari gas residui:azoto, ossigeno, argon, idrogeno, vapore acqueo ecc. Per misurarli, i produttori hanno attualmente due opzioni. Quello economico prevede vari metodi per misurare la pressione totale di tutti quei gas in base a parametri quali deformazione, spostamento e calore. L'altro, spettrometria di massa, distingue tra i gas, ma non può essere utilizzato in tutti i sistemi perché l'attrezzatura è costosa. Il piccolo 0,4 cm ² chip sviluppato e presto commercializzato dalla spin-off EPFL mira a offrire un modo conveniente per misurare i singoli gas in tutti i sistemi per vuoto.

Usare la luce per staccare le molecole di gas

Il mini-sensore sfrutta due caratteristiche fisiche del suo componente principale, nitruro di gallio:la sua reattività alla luce e il suo status di semiconduttore. In un recipiente a vuoto, quando le molecole di gas diventano meno numerose, si muovono verso le pareti e vi si attaccano. nitruro di gallio, quando esposto a una fonte di luce, respinge alcune molecole di gas, come l'ossigeno. Quindi un LED è posizionato sul chip, che stacca le molecole dalle pareti. Una volta che la luce si spegne, Le proprietà del semiconduttore del nitruro di gallio consentono al chip di misurare la velocità con cui le molecole di gas ritornano alle pareti. Specifici algoritmi analizzano quindi il numero di molecole sulla superficie insieme alla pressione parziale di ciascun gas. Questi minuscoli chip vantano un'eccellente efficienza:ad esempio, possono rilevare l'ossigeno nell'azoto a una concentrazione inferiore allo 0,5%.

Un chip multiuso resistente al calore e agli urti

Questi chip multiuso sono resistenti al calore fino a 250°C e non contengono alcun sistema microelettromeccanico, il che significa che possono resistere a vibrazioni e urti meccanici. Inoltre, a differenza dei vacuometri a ionizzazione a bassa pressione, questi sensori non producono particelle ionizzate o campi magnetici che potrebbero influenzare determinate apparecchiature tecniche. Questi vantaggi fanno sì che i chip di nuova generazione siano altamente versatili, rendendo la vita più facile per i loro utenti perché tutto ciò che devono fare è posizionare i chip all'interno dei loro sistemi di pressione per ottenere i dati di cui hanno bisogno.

Produzione in corso

I due inventori, Ian Rousseau e Pirouz Sohi, supportato da vari programmi di avvio come Bridge, l'acceleratore congiunto istituito dal Fondo nazionale svizzero per la scienza e Innosuisse, l'EPFL Innogrant, Abilita e Venture Kick, stanno iniziando a produrre questi chip. Hexisense, la risultante società spin-off, mira a sviluppare e produrre commercialmente i sensori, dalla progettazione alla caratterizzazione, produzione e confezionamento.