MICROSENSORES AMPEROMÉTRICOS DE OXÍGENO PARA MAPEO DE FLUJOS CON ALTA RESOLUCIÓN ESPACIAL

Resumen

Introducción: La detección y cuantificación de flujos locales de gases con resolución espacial micrométrica es un aspecto que acapara mucho interés debido a su relevancia en diversos procesos naturales y tecnológicos. Una de las configuraciones más usadas en este tipo de sensores en la del electrodo tipo Clark, que emplea una membrana permeable al gas sensado. Su miniaturización para la detección y mapeo de flujos locales constituye un desafío. Así, en este trabajo se desarrollan microsensores tipo Clark para la detección de oxígeno con altas velocidades de respuesta y resolución espacial micrométrica, y se demuestra la posibilidad de detectar con los mismos flujos locales de oxígeno provenientes de superficies modelo.

Resultados: Los microsensores se fabricaron empleando micropipetas obtenidas por estiramiento de capilares como contenedoras del electrolito y del contraelectrodo (diámetro apertura < 60 µm). Para maximizar el tiempo de respuesta se separó el electrolito con una membrana hidrofóbica de Nafion®/SiO₂, sobre la que se depositó por sputtering una capa de Pt del lado exterior. La Fig. 1-a muestra algunas fotografías SEM de las mismas. Para evaluar su funcionamiento como sensor, se hizo fluir gas puro (O₂ o Ar) sobre su extremo y se monitoreó la corriente (Fig. 1-b), verificándose una marcada variación de la misma causada por la reducción de oxígeno sobre el electrodo, con una adecuada estabilidad y velocidad de respuesta. La fracción de la película de Pt que entró en contacto a través de los poros de la membrana con el electrolito del interior respondió como electrodo, favoreciendo la rápida reducción del oxígeno proveniente del lado externo. Al utilizar estos microsensores como tips en un microscopio electroquímico de barrido (SECM), se los acercó a una superficie con orificios por los que fluía oxígeno, y mediante barridos en X-Y se logró obtener imágenes de flujos locales (Fig. 1-c).

Figura 1. (a) Micrografías SEM de los sensores. Barras de escala: 100µm (a-1); 20µm (a-2)  (b) Cronoamperogramas a -1 V. (c) Imágenes SECM de flujos de oxígeno.

Conclusiones: Se ha logrado fabricar microsensores tipo Clark con una configuración totalmente novedosa, que por la disposición de sus componentes tiene una buena sensibilidad y alta velocidad de respuesta, lo que lo hace aplicable para el rápido mapeo de flujos de oxígeno localizados provenientes de superficies heterogéneas.