Sensores moleculares

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//Algunas de las características que deben cumplir estos sensores es que: deben ser robustos, //altamente selectivos y sensibles y reversibles a condiciones de temperatura favorables. Además, //estos tienen qué ser compactos, de bajo costo de fabricación y de bajo consumo eléctrico.

Estos materiales tienen la capacidad de cambiar sus propiedades eléctricas, ópticas, entre otras al recibir un estímulo en la capa sensible después del evento de reconocimiento molecular o iónico.

Existen diversos tipos de materiales nanoestructurados enfocados a la detección de gases y se enlistan a continuación.

• Óxidos metálicos

• Nanoparticulas metálicas

• Complejos Metálicos

• Polimeros orgánicos

• Nanotubos de carbono (funcionalizados y no funcionalizados) [complementar]

El mecanismo de reconocimiento de gases varía dependiendo del tipo de material, particularmente para materiales basados en óxidos metálicos y nanotubos de carbono, la detección de gas se basa en procesos de absorción, mientras que para el reconocimiento específico, este se fundamenta en la formación de enlaces covalentes o supramoleculares entre el sensor y el analito.

Algunas definiciones claves, importantes para la elección del sensor son:

• Exactitud: La diferencia que existe entre el valor medido y el valor real

• Precisión: La diferencia entre medidas individuales de la misma cantidad

• Error:

o Sistemático: resultante de un fallo básico en las medidas (afecta a la exactitud).

o Aleatorio: resultante de las limitaciones básicas en el método (afecta a la precisión).

• Resolución: es el incremento más pequeño medible.

Además estudios recientes indican que los materiales nanoestructurados tienen gran potencial debido a que presentan:

• Reducción en temperaturas de trabajo

• Bajo consumo eléctrico

• Facilidad de ajuste de relación Área-Superficial / Volumen, y de dopado

• Excelente sensibilidad

• Alta capacidad de modificación morfológica.

El principio del funcionamiento del sensor químico-resistivo es relativamente simple, sin embargo el mecanismo de detección puede resultar bastante complejo debido a que las interacciones gas/superficie semiconductora ocurre en los límites de grano del óxido cristalino. Estas interacciones generalmente incluyen procesos de óxido-reducción, adsorción de especies químicas directas al semiconductor o por reacción con estados superficiales asociados por oxigeno pre-adsorbido del ambiente, transferencias electrónicas de estados superficiales y viceversa además de efectos catalíticos además de diversas reacciones catalíticas en superficie con otras especies químicas pre-adsorbidas.

Elección por propiedades de superficie:

Estados de densidad de superficie

Para lograr la correcta operación del sensor, la concentración de los estados de densidad de superficie deben ser mínimos para evitar que los niveles de Fermi sean fijos permitiendo modular el potencial de superficie del material con respecto al cambio de las características del medio. Esto se debe a que los estados superficiales se vuelven conmensurables o menores que la carga de las partículas quimico-adsorbidas.

Los materiales con mayor sensibilidad a los cambios de concentración de moléculas adsorbidas en la superficie y a la composición de la fase gaseosa son aquellos que exhiben enlaces con comportamientos iónicos. Particularmente los óxidos metálicos presentan una concentración baja de estados superficiales nativos y mejor estabilidad térmica y de parámetros.

Estructura electrónica de los óxidos metálicos

Los óxidos metálicos exhiben una amplia variedad de propiedades electro-físicas, aislantes, semiconductores

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