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Proyectos de Investigación Básica y Aplicada - UNSA
Proyectos de Investigación Básica o Aplicada en Ingenierías o Biomédicas, 2019-2
Fabricación de sensores de temperatura con alta eficiencia cuántica en vidrios teluritos

Victor Anthony Garcia Rivera; Michael Larry Callasaca Riveros; Felix Gonzalo Condori Trujillo; Jose Carlos Paredes Malaga; Pedro Pether Sellerico Mamani; Nilda Pinto Apaza; Carmelo Mayta Ojeda

Objetivo

Diseñar, fabricar y caracterizar sensores con alta sensibilidad y eficiencia cuántica en vidrios teluritos dopados con los iones Erbio (Er3+) y/o Yterbio (Yb3+)y codopados con nanopartículas de oro y/o plata.

Resumen:

El presente proyecto es para fabricar sensores de temperatura a partir del desarrollo de vidrios teluritos multifuncionales, de esa manera realizar innovaciones tecnológicas en el sector de sensores cuánticos de alta precisión. El objetivo principal del presente proyecto es desarrollar sensores de temperatura ópticos basados en vidrios teluritos transparentes en las regiones del visible e infrarrojo próximo, dopados o codopados con iones de Erbio (Er3+) y Erbio – Yterbio (Er3+- Yb3+), respectivamente e incrustar nanopartículas de oro y/o plata (Au y Ag). Este proyecto será llevado a cabo en la Escuela Profesional de Física como parte de la investigación en el área de <>. Para el proceso de desarrollo será empleado la técnica tradicional de fusión de los componentes empleando como mínimo un aproximado 70% de óxido de telurito (TeO2). Se utilizaran equipos de gran precisión con el objetivo de obtener una gran repetibilidad en los resultados aun así para el tratamiento de datos se considerara las desviaciones de los instrumentos de medición en el desarrollo de los vidrios teluritos para presentar resultados estadísticamente validos. Las curvas de regresión de los resultados se obtendrán con un valor R2 superior a 0,99. Las principales técnicas de caracterización serán la espectroscopia de absorción y emisión, medidas de tiempo de vida de decaimiento. Esta investigación aportará a nivel local, nacional e internacional sobre el conocimiento científico –tecnológico en el campo de la fotónica y plasmónica.

Palabras clave

Vidrios teluritos Sensores de temperatura Eficiencia cuántica Fotónica y plasmónica Tierras raras Nanopartículas

Problema central

Cada vez tenemos una mayor cantidad de sensores a nuestro alrededor capaces de procesar enormes cantidades de datos, paralelamente existe una industria tecnológica que está detrás de su desarrollo y son cada vez más los equipos de investigadores como también las empresas que trabajan en el desarrollo de este tipo de dispositivos para alcanzar la singularidad (Kurzweil, 2012). En el Perú el Ministerio de Agricultura y Riego (MINAGRI) se encuentra implementando un sistema de sensores remotos para medir la temperatura del suelo entre otros parámetros. Existe un gran potencial gracias al uso de sensores ópticos, para incrementar la productividad tanto en las actividades estratégicas nacionales que afectarán directamente a la economía local y nacional. Es necesario contar con un nuevo concepto de sensores capaces de adaptarse a estas condiciones actuales. Los sensores ópticos son elegidos para remplazar a los sensores clásicos (sensores eléctricos de contacto) que presentan inconvenientes funcionales (V. Klinkova, 2018). Es necesario desarrollar investigación básica-aplicada en este campo a fin de generar una nueva línea de investigación en la región que permita en un futuro desarrollar tecnología que se pueda escalar a un desarrollo tecnológico, para finalmente aplicarse a la industria con el objetivo de generar competitividad ante el reto que nos impone la singularidad.

Hipótesis planteada

La sensibilidad del sensor óptico de vidrio telurito será mucho mayor a la de los sensores clásicos de contacto, esto será determinado por la técnica de Radio de Intensidad de Fluorescencia (FIR). Los cambios de concentración de Erbio (Er3+) en el sensor provocará mejoras en sus propiedades ópticas luminiscentes y consecuentemente la sensibilidad del sensor óptico mejorará. La expectativa de codopar los vidrios teluritos dopados con Erbio y/o Yterbio con nano partículas de oro y/o plata generarían una mejora en sus propiedades ópticas haciéndolo un óptimo candidato para la fabricación de un sensor óptico de temperatura de mayor resolución. Durante el desarrollo de este proyecto de investigación, se compararán los resultados obtenidos con la literatura especializada en cada una de sus etapas y destacar las ventajas obtenidas en esta investigación. Finalmente, el trabajo se enviarán a diferentes revistas científicas en el área de Fotónica y Plasmónica.

Resultados esperados

2 Artículos científicos aceptados para publicación en revistas indizadas en la base Scopus o Web of Science
3 Estudiantes o egresados UNSA titulados/graduados con la opción de Tesis formato artículos, con publicaciones en revistas indizadas en bases Scopus o Web of Science
2 Ponencias de los resultados intermedios o finales de la investigación presentadas en eventos científicos de nivel internacional o nacional de trascendencia
3 Docentes UNSA con publicación en revistas indizadas en la base Scopus o Web of Science.

Impactos esperados

Impacto Académico, Social y Económico.
Muchas de las propiedades materiales muestran una fuerte dependencia de la temperatura. Para utilizar o compensar los efectos de la temperatura, se requiere su medición. Ejemplos de tales dependencias de temperatura son el punto de rocío, la densidad, la conductividad eléctrica, el índice de refracción, la rigidez y la difusión. La mayoría de las tareas de medición en aplicaciones industriales y de investigación se pueden realizar al utilizar sensores de temperatura eléctricos convencionales, pero estos tienen sus limitaciones, especialmente si se deben cubrir grandes distancias, en presencia de campos electromagnéticos o gradientes de temperatura y entornos explosivos. Especialmente en estas condiciones, los sensores de temperatura de fibra óptica son capaces de mostrar todo su potencial.
Gracias a las propiedades de la luz es posible detectar temperatura, medir el fitoplancton de un cuerpo de agua, turbidez, micro algas en el agua y determinar el tipo de petróleo que se ha de verter al mar. Los sensores ópticos son capaces de soportar altas temperaturas en el sistema de combustión (aumento de eficiencia, reducción de contaminación).
Los sensores ópticos permiten detectar restos vegetales, plásticos o insectos en los frutos secos y clasificar en función del contenido de grasa en snacks. De esta manera, se evita que estas impurezas lleguen al mercado, lo que ayuda a evitar reclamaciones del consumidor. También los sensores ópticos podrían reducir el deterioro microbiológico sin necesidad de abrir el paquete en forma rápida y precisa. Está previsto que esta técnica se acabe aplicando a otros alimentos como frutas y verduras.
Otra de las ventajas de los sensores ópticos es que permiten realizar una medición remota y multipunto sobre el objetivo, lo que posibilita obtener datos de grandes áreas a largas distancias.
De tal manera en la Universidad Nacional de San Agustín que va aperturar una nueva área de investigación de impacto internacional, donde se podrá desarrollar tecnología en el campo de la fotónica y plasmónica.