Os aspiradores são uma parte vital dos processos - como a liofilização - usados ​​para fazer e preservar inúmeros itens do dia a dia e devem ser medidos com precisão. Um spin-off da EPFL, Hexisense, está trazendo ao mercado um chip baseado em nitreto de gálio que pode medir a quantidade de certas moléculas de gás de forma barata e com precisão incomparável.

O que fazer um espelho, um copo de iogurte, uma bateria de carro elétrico e uma lâmpada LED têm em comum? Todos os processos de produção requerem vácuo, isto é, um ambiente no qual as moléculas de gás são removidas. Usualmente, quando a última gota foi derramada de uma garrafa, a garrafa é considerada vazia. Fisicamente, Contudo, permanece cheio de gás. Quando um vácuo é necessário, as bombas de sucção deixam uma quantidade variável de gás dependendo do processo usado. Um vácuo é, portanto, avaliado com base na pressão exercida pelo número de moléculas que permanecem no recipiente. Essa medição é crucial para os fabricantes - e um spin-off da EPFL está se preparando para trazer ao mercado um pequeno chip que poderia tornar suas vidas mais fáceis.

Uma ferramenta ideal para liofilização

Vejamos a liofilização como exemplo. É uma técnica de conservação de alimentos que mantém sua cor e textura e grande parte de suas qualidades nutricionais e sabor. É frequentemente usado na pesquisa e produção de alimentos e medicamentos, e consome muita energia e muito tempo. Os itens são secos em vácuo, e o principal obstáculo é que não existe uma forma de baixo custo de determinar o momento exato em que o processo pode ser interrompido. Isso significa que a máquina trabalha mais do que o necessário. O sensor desenvolvido pelo Laboratório de Semicondutores Avançados para Fotônica e Eletrônica da EPFL poderia superar essa desvantagem, indicando a quantidade restante de vapor d'água em tempo real.

Os sistemas de vácuo contêm vários gases residuais:nitrogênio, oxigênio, argônio, hidrogênio, vapor de água, etc. Para medi-los, os fabricantes atualmente têm duas opções. O barato envolve vários métodos para medir a pressão total de todos esses gases com base em parâmetros como deformação, deslocamento e calor. O outro, espectrometria de massa, distingue entre os gases, mas não pode ser usado em todos os sistemas porque o equipamento é caro. O pequeno 0,4 cm ² O chip desenvolvido e a ser comercializado em breve pela spin-off da EPFL tem como objetivo oferecer uma maneira econômica de medir gases individuais em todos os sistemas de vácuo.

Usando luz para descolar as moléculas de gás

O minissensor aproveita duas características físicas de seu componente principal, nitreto de gálio:sua reatividade à luz e seu status como semicondutor. Em um recipiente a vácuo, quando as moléculas de gás se tornam menos numerosas, eles se movem em direção às paredes e ficam lá. Nitreto de gálio, quando exposto a uma fonte de luz, repele certas moléculas de gás, como oxigênio. Portanto, um LED é colocado no chip, que desprende moléculas das paredes. Assim que a luz se apaga, As propriedades semicondutoras do nitreto de gálio permitem que o chip meça a rapidez com que as moléculas de gás retornam às paredes. Algoritmos específicos então analisam o número de moléculas na superfície junto com a pressão parcial de cada gás. Esses minúsculos chips apresentam excelente eficiência:por exemplo, eles podem detectar oxigênio dentro do nitrogênio em uma concentração de menos de 0,5%.

Um chip multifuncional que é resistente ao calor e ao choque

Esses chips multifuncionais são resistentes ao calor até 250 ° C e não contêm nenhum sistema microeletromecânico, o que significa que eles podem suportar vibrações mecânicas e choques. Além disso, ao contrário de medidores de vácuo baseados em ionização de baixa pressão, esses sensores não produzem partículas ionizadas ou campos magnéticos que podem afetar determinados equipamentos técnicos. Essas vantagens significam que os chips de nova geração são altamente versáteis, tornando a vida mais fácil para seus usuários porque tudo o que eles precisam fazer é colocar os chips em seus sistemas de pressão para obter os dados de que precisam.

Produção em andamento

Os dois inventores, Ian Rousseau e Pirouz Sohi, apoiado por vários programas de inicialização, como Bridge — o acelerador conjunto estabelecido pela Swiss National Science Foundation e Innosuisse — EPFL Innogrant, Habilite e Venture Kick, agora estão começando a produzir esses chips. Hexisense, a empresa spin-off resultante, visa desenvolver e produzir comercialmente os sensores, do design à caracterização, produção e embalagem.