Risultati della microscopia elettronica a trasmissione ottenuti per film selezionati ZnO drogati con Al preparati utilizzando la tecnica sol-gel comprese immagini in campo chiaro (a-d), un modello di diffrazione dell'area selezionata rappresentativo (e), e un'immagine in campo chiaro a basso ingrandimento che illustra l'increspatura della pellicola su scala micron (f).
Il team di sensori del National Energy Technology Laboratory del DOE sta lavorando su tecnologie di sensori per consentire il rilevamento di gas incorporato ad alta temperatura. L'obiettivo del team è sviluppare nuovi materiali con grandi risposte ottiche e stabilità alle alte temperature per l'integrazione con piattaforme di sensori ottici.
Le condizioni ambientali difficili ad alta temperatura sono rilevanti per una vasta gamma di applicazioni avanzate di energia fossile, comprese le celle a combustibile ad ossido solido, turbine a gas, e sistemi di combustione avanzati. Il monitoraggio in tempo reale dei parametri di processo critici potrebbe avere un impatto significativo sulle centrali elettriche esistenti aumentando l'efficienza e riducendo le emissioni. Incoraggerebbe inoltre l'adozione di successo delle tecnologie di generazione di energia basate sui combustibili fossili di prossima generazione. Per ambienti ad alta temperatura, le tecnologie dei sensori ottici offrono vantaggi rispetto ai sensori di gas chemiresistivi alternativi, che sono limitati dalla necessità di cablaggio elettrico nella posizione incorporata e da contatti e connessioni elettrici instabili.
Attraverso una combinazione di simulazioni teoriche ed esperimenti, il team ha dimostrato che gli ossidi conduttori trasparenti come lo ZnO drogato con Al mostrano una significativa promessa per il rilevamento ottico di gas ad alta temperatura nella gamma di lunghezze d'onda del vicino infrarosso (IR). Per questa classe unica di materiali, la conduttività elettrica può essere direttamente collegata alle caratteristiche di assorbimento ottico del vicino-IR, consentendo la trasduzione ottica diretta delle risposte di rilevamento chemiresistive più comunemente studiate. Nel caso di film a base di nanoparticelle, una risonanza elettronica libera dà luogo a una forte caratteristica di assorbimento nel vicino IR. Ad oggi, i ricercatori hanno dimostrato utili risposte di rilevamento a temperature che si avvicinano a 700 °C utilizzando questo approccio. Il team ritiene che in futuro sia possibile raggiungere temperature più elevate attraverso l'identificazione del comportamento dell'ossido conduttore trasparente in varianti drogate di sistemi di ossido stabili a temperature più elevate. Un recente articolo pubblicato su Thin Solid Films, 539 (2013) 327-336, discute una dimostrazione del concetto per il sistema ZnO drogato con Al.
Il 26 giugno è stata depositata anche una domanda di brevetto non provvisoria sul concetto. 2013 (USA 13, 927, 223).
