Nanotecnologia

Brasileiros criam sensor de temperatura ultrassensível

Com informações da Agência Fapesp -  06/12/2017

Material desenvolvido na USP e Unicamp registra temperaturas na faixa de -193 ºC a +476 ºC.[Imagem: A. R. Zanatta et al. - 10.1038/s41598-017-14535-1]

Sensor ultrafino

Pesquisadores brasileiros criaram um termômetro que opera em nanoescala e em microescala, medindo uma gama enorme de temperaturas - de 193 ºC negativos a 476 ºC positivos.

Além disso, ele capta a temperatura em regiões muito bem definidas, com resolução espacial variando do centímetro ao micrômetro, e praticamente sem influenciar a temperatura do objeto medido.

O material é produzido na forma de nanopartículas, que são então depositadas na forma de um filme fino - mais fino do que uma tinta. Isso significa que o material pode ser aplicado em áreas que vão de micrômetros a metros quadrados sobre uma grande variedade de superfícies. Se for mantido na forma de partículas micrométricas ou nanométricas, ele também pode ser disperso em meio líquido, mantendo-se, no entanto, sólido.

Os responsáveis pela novidade são Fernando Alvarez e Diego Scoca (Instituto de Física da Unicamp) e Antônio Ricardo Zanatta (Instituto de Física da USP em São Carlos).

"O sensor de temperaturas consiste em um sistema composto por dióxido de titânio (TiO2) dopado com íons de túlio (Tm3+). No presente estágio, dispusemos o material sob a forma de filme fino. Com ele, é possível cobrir, em tese, qualquer superfície: plana, curva, lisa ou rugosa. O material também pode ser apresentado como micro ou nanopartículas," disse Fernando Alvarez.

Termômetro óptico

Quando energizado por um pulso de laser, o material emite luz com comprimento de onda sensível à temperatura do meio em que se encontra.

A variação do comprimento de onda é de aproximadamente 2 picômetros (2x10^-12 m) por grau de temperatura. É a medição muito precisa do comprimento de onda da luz que permite determinar a temperatura.

"A variação do comprimento de onda da emissão luminosa é absolutamente linear entre 80 K [-193,15 ºC] e 750 K [476,85 ºC]. E o equipamento se mantém íntegro e estável em toda essa faixa de temperaturas", disse Zanatta. "Pelo fato de ser capaz de medir um espectro muito amplo de temperaturas, pode ser usado tanto no sensoriamento de processos industriais, nos quais a temperatura alcança, às vezes, patamares bastante elevados, até processos biológicos, muito sensíveis às menores variações de temperatura."

A leitura óptica significa que a temperatura é medida sem o contato de qualquer aparelho com o objeto.

Aplicações práticas

Apenas o material está pronto, mas pode ser possível encapsular o sensor de temperatura, o emissor de laser, o fotodetector e um radiocomunicador dentro de um comprimido. Engolido com um pouco d'água, o comprimido poderia fornecer informações sobre a temperatura ao longo do trato digestivo, até ser eliminada do organismo.

"Uma utilização bem mais simples, que pode ser viabilizada rapidamente, é depositar o material sensor em um substrato plástico e aplicá-lo sobre a pele. Importante destacar que, além de abundante e fácil de obter, o óxido de titânio é biocompatível, portanto, não tóxico. Já é empregado atualmente em muitas próteses na área médica", disse Alvarez.

A identificação de pontos quentes em processadores e equipamentos eletrônicos e a detecção de infecções virais ou bacterianas em regiões específicas do organismo são outras possibilidades de uso do sensor de temperatura.

Bibliografia:

A suitable (wide-range + linear) temperature sensor based on Tm3+ ions
Antônio Ricardo Zanatta, Diego Scoca, Fernando Alvarez
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 14113
DOI: 10.1038/s41598-017-14535-1