(PhysOrg.com) - Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram um protótipo de sensor sem fio capaz de detectar vestígios de um ingrediente chave encontrado em muitos explosivos.

O dispositivo, que emprega nanotubos de carbono e é impresso em papel ou material semelhante a papel usando tecnologia de jato de tinta padrão, poderia ser implantado em grande número para alertar as autoridades sobre a presença de explosivos, como dispositivos explosivos improvisados ​​(IEDs).

"Este protótipo representa um passo significativo para a produção de um sistema sem fio integrado para detecção de explosivos, ”Disse Krishna Naishadham, um cientista pesquisador principal que está liderando o trabalho no Georgia Tech Research Institute (GTRI). “Ele incorpora um sensor e um dispositivo de comunicação em uma pequena, pacote de baixo custo que pode operar em quase qualquer lugar. ”

Outros tipos de sensores de gases perigosos são baseados na fabricação cara de semicondutores e cromatografia de gás, Naishadham disse, e eles consomem mais energia, requerem intervenção humana, e normalmente não operam em temperatura ambiente. Além disso, esses sensores não foram integrados a dispositivos de comunicação, como antenas.

O componente sem fio para comunicar as informações do sensor - uma antena leve ressonante - foi impresso em papel fotográfico usando técnicas de jato de tinta desenvolvidas pelo Professor Manos Tentzeris da Escola de Engenharia Elétrica e de Computação da Georgia Tech. Tentzeris está colaborando com Naishadham no desenvolvimento do dispositivo de detecção.

O componente de detecção, com base em nanotubos de carbono funcionalizados (CNTs), foi fabricado e testado para sensibilidade de detecção por Xiaojuan (Judy) Song, um cientista pesquisador do GTRI. O dispositivo depende de materiais de nanotubos de carbono otimizados por Song.

Uma apresentação sobre esta tecnologia de detecção foi feita em julho no Simpósio de Antenas e Propagação do IEEE (IEEE APS) em Spokane, Lavagem., por Hoseon Lee, um Ph.D. estudante na Escola de Engenharia Elétrica e de Computação co-orientada por Tentzeris e Naishadham. O artigo recebeu o Prêmio de Menção Honrosa no concurso Best Student Paper do simpósio.

Este não é o primeiro sensor de amônia impresso a jato de tinta que foi integrado com uma antena no papel, disse Tentzeris. Seu grupo produziu um sensor integrado semelhante no ano passado em colaboração com o grupo de pesquisa do C.P. Wong, que é professor da Regents e cadeira dotada do Smithgall Institute na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Georgia Tech.

"A diferença fundamental é que este sensor CNT mais novo possui uma sensibilidade dramaticamente melhorada a minúsculas concentrações de amônia, ”Tentzeris disse. “Isso deve permitir que as primeiras aplicações práticas detectem traços de gases perigosos em ambientes operacionais desafiadores usando dispositivos impressos a jato de tinta.”

Tentzeris explicou que a chave para os componentes de impressão, circuitos e antenas residem em novas “tintas” que contêm nanopartículas de prata em uma emulsão que pode ser depositada pela impressora em baixas temperaturas - cerca de 100 graus Celsius. Um processo chamado sonicação ajuda a atingir a viscosidade e homogeneidade ideais da tinta, permitindo a deposição uniforme de material e permitindo máxima eficácia operacional para componentes baseados em papel.

"A impressão a jato de tinta é de baixo custo e conveniente em comparação com outras tecnologias, como gravação úmida, ”Tentzeris disse. “Usando as tintas adequadas, uma impressora pode ser usada em quase qualquer lugar para produzir circuitos e componentes personalizados, substituindo as abordagens tradicionais de sala limpa. ”

Materiais de baixo custo - como papel fotográfico pesado ou plásticos como tereftalato de polietileno - podem ser resistentes à água para garantir maior confiabilidade, ele adicionou. A impressão do componente a jato de tinta também pode usar materiais orgânicos flexíveis, como polímero de cristal líquido (LCP), que são conhecidos por sua robustez e resistência às intempéries. Os componentes resultantes são semelhantes em tamanho aos componentes convencionais, mas podem se conformar e aderir a quase qualquer superfície.

Naishadham explicou que as mesmas técnicas de jato de tinta usadas para produzir componentes RF, circuitos e antenas também podem ser usados ​​para depositar os nanotubos de carbono funcionalizados usados ​​para detecção. Essas estruturas cilíndricas em nanoescala - cerca de um bilionésimo de metro de diâmetro, ou 1/50, 000º da largura de um cabelo humano - são funcionalizados revestindo-os com um polímero condutor que atrai amônia, um ingrediente principal encontrado em muitos IEDs.

A sonicação dos nanotubos de carbono funcionalizados produz uma tinta uniforme à base de água que pode ser impressa lado a lado com componentes de RF e antenas para produzir um nó de sensor sem fio compacto.

"Os nanotubos de carbono otimizados são aplicados como um filme de detecção, com funcionalização específica projetada para um determinado gás ou analito, ”Song disse. “O sensor GTRI detecta traços de amônia geralmente encontrados perto de dispositivos explosivos, e também pode ser projetado para detectar gases semelhantes em residências, ambientes de saúde e industriais em níveis de concentração muito baixos. ”

O sensor foi projetado para detectar amônia em pequenas quantidades - tão baixas quanto cinco partes por milhão, Naishadham disse.

O pacote de detecção integrado resultante pode detectar potencialmente a presença de traços de materiais explosivos à distância, sem pôr em perigo vidas humanas. Esta abordagem, chamado de detecção de impasse, envolve o uso de tecnologia RF para identificar materiais explosivos a uma distância relativamente segura. A equipe GTRI projetou o dispositivo para enviar um alerta ao pessoal próximo quando detecta amônia.

Os nós de sensores sem fio requerem energia relativamente baixa, que pode vir de uma série de tecnologias, incluindo baterias de película fina, células solares ou técnicas de coleta e coleta de energia. Em colaboração com os grupos de Tentzeris e Wong, A GTRI está investigando maneiras de fazer o sensor operar passivamente, sem qualquer consumo de energia.

"Estamos nos concentrando em fornecer detecção de impasse para aqueles envolvidos em missões militares ou humanitárias e outras situações perigosas, ”Naishadham disse. “Acreditamos que será possível, e de baixo custo, para implantar um grande número desses detectores em veículos ou robôs em uma zona de combate militar. ”