Preparación mediante electrospray de sensores de grafeno para la detección a temperatura ambiente de contaminantes atmosféricos

El presente TFG se ha realizado dentro un proyecto que forma parte de las actividades que se desarrollan en el marco del proyecto NanoSenAQM del Programa Interreg-Sudoe de la Unión Europea que coordina el Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Dentro de este último, se ha llevado a cabo dentro del grupo de Nanosensores y Sistemas Inteligentes (NOySI) del Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información (ITEFI). Estas líneas de investigación se centran en desarrollar y validar sistemas de nanosensores de bajo consumo energético y bajo coste, que permitan monitorizar la calidad del aire ambiente en las ciudades. La calidad del aire es uno de los principales desafíos de la sociedad actual propuestos en la Agenda 2030. Para mitigar el cambio climático y conseguir un aire de calidad se ha desarrollado una normativa europea, en la que se recogen los valores límite de cada contaminante atmosférico. Además, se establecen normas relativas a la ubicación de los puntos de muestreo, entre otras. Actualmente la red de calidad del aire se basa en estaciones fijas o móviles dotadas de analizadores de gases de alta precisión. Los principales inconvenientes es que son equipos muy voluminosos y pesados, se requiere personal cualificado para su mantenimiento y son muy costosos. Añadiendo la baja resolución temporal y espacial de los datos aportados. Con el objetivo de conseguir una vigilancia de la calidad del aire, surge la necesidad de crear una tecnología que permita una distribución masiva de los puntos de muestreo de contaminantes. La investigación se centra en crear sensores de muy bajo coste y consumo energético, de reducido tamaño para ser integrables en multitud de dispositivos móviles como drones, bicicletas, smartphones, etc. La línea de investigación del grupo NOySI, estudia la preparación de nanosensores de tipo resistivos empleando nanomateriales (nanofibras o nanopartículas) como materiales sensibles a los gases contaminantes. La variación en la resistencia que experimenta el sensor al paso de los gases permitirá posteriormente determinar la concentración del gas existente en la atmósfera de medida. Los más utilizados son los sensores MOS, que emplean semiconductores de óxidos metálicos como material sensible. Son sensores de fácil fabricación y con alta sensibilidad, pero suponen un alto consumo energético al operar a altas temperaturas (superiores a 200 ºC). Con la finalidad de reducir el consumo energético, en este proyecto se propone el empleo de grafeno como material sensible para la fabricación de sensores que operen a temperatura ambiente. El grafeno se presenta como un gran candidato para las necesidades del mercado de sensores de gases: económico, alta sensibilidad y bajo consumo energético. Se propone como sustituto a los convencionales óxidos metálicos por poseer una extraordinaria conductividad eléctrica y una gran área superficial específica. El principal objetivo del presente TFG es optimizar la técnica de preparación de sensores resistivos de grafeno (el electrospray), y estudiar el comportamiento de éstos en la detección de gases contaminantes, operando a temperatura ambiente. Se centra el estudio en determinar la respuesta de los sensores a diferentes concentraciones de NO2, O3 y CO, evaluando el efecto de la humedad en el ambiente. Además, se analiza el efecto de la irradiación UV en el tiempo de recuperación.