Résultats obtenus en microscopie électronique à transmission pour une sélection de films de ZnO dopés à l'Al préparés en utilisant la technique sol-gel, y compris des images en champ clair (a-d), un diagramme de diffraction de zone sélectionné représentatif (e), et une image en champ clair à faible grossissement illustrant le froissement du film à l'échelle du micron (f).
L'équipe des capteurs du Laboratoire national de technologie énergétique du DOE travaille sur des technologies de capteurs pour permettre la détection de gaz intégrée à haute température. L'objectif de l'équipe est de développer de nouveaux matériaux avec de grandes réponses optiques et une stabilité à haute température pour une intégration avec des plates-formes de capteurs optiques.
Les conditions environnementales difficiles à haute température sont pertinentes pour un large éventail d'applications avancées d'énergie fossile, y compris les piles à combustible à oxyde solide, turbines à gaz, et des systèmes de combustion avancés. La surveillance en temps réel des paramètres de processus critiques pourrait avoir un impact significatif sur les centrales électriques existantes en augmentant l'efficacité et en réduisant les émissions. Cela encouragerait également l'adoption réussie des technologies de production d'électricité à base de combustibles fossiles de la prochaine génération. Pour les environnements à haute température, les technologies de capteurs optiques offrent des avantages par rapport aux capteurs de gaz chimi-résistifs alternatifs, qui sont limités par un besoin de câblage électrique vers l'emplacement intégré et des contacts et connexions électriques instables.
Grâce à une combinaison de simulations théoriques et d'expériences, l'équipe a démontré que les oxydes conducteurs transparents tels que le ZnO dopé à l'Al sont très prometteurs pour la détection optique de gaz à haute température dans la gamme de longueurs d'onde du proche infrarouge (IR). Pour cette classe unique de matériaux, la conductivité électrique peut être directement liée aux caractéristiques d'absorption optique proche infrarouge, permettant une transduction optique directe des réponses de détection chimio-résistives les plus couramment étudiées. Dans le cas des films à base de nanoparticules, une résonance d'électrons libres donne lieu à une caractéristique d'absorption nette dans le proche infrarouge. À ce jour, les chercheurs ont démontré des réponses de détection utiles à des températures approchant 700 °C en utilisant cette approche. L'équipe pense que des températures plus élevées sont réalisables à l'avenir grâce à l'identification du comportement des oxydes conducteurs transparents dans des variantes dopées de systèmes d'oxydes stables à température plus élevée. Un article récent publié dans Thin Solid Films, 539 (2013) 327-336, discute d'une démonstration du concept du système ZnO dopé à l'Al.
Une demande de brevet non provisoire sur le concept a également été déposée le 26 juin, 2013 (États-Unis 13, 927, 223).
