Des éléments optiques pour la détection de gaz présents à l'état de trace Les modifications réversibles des propriétés optiques de supports nanostructurés en cas d'exposition à des gaz polluants particuliers ont permis de mettre en œuvre des schémas de détection innovants pour différencier les quantités de gaz présents à l'état de trace. Économie numérique © Shutterstock Pour détecter des concentrations de gaz réducteurs et oxydants aussi basses que 10 parties par milliard, le projet NANOPHOS a cherché à aller au-delà des concepts établis de détection électrochimique ou spectroscopique de gaz. En exploitant les technologies émergentes de la nanophotonique, une nouvelle catégorie de capteurs optiques a été développée pour pallier les insuffisances existantes en termes de sensibilité et de sélectivité. Basés sur la détection des modifications de l'indice de réfraction de couches d'oxyde exposées à des gaz dangereux, les capteurs optiques constituent une promesse d'améliorations significatives de la précision des mesures de concentrations gazeuses. Des couches minces d'oxyde de zinc (ZnO), de dioxyde d'étain (SnO2) et d'autres matériaux inorganiques de base ont été utilisées comme supports capteurs avec des temps de réponse très rapides. Les modifications de leurs propriétés optiques ont pu être détectées au moyen d'un système d'interrogation optique, qui génère des faisceaux directement dirigeables sur les couches minces d'oxyde. Des chercheurs de l'Institut de technologie de l'électron en Pologne ont dû relever le défi de la fabrication d'éléments optiques de diffraction répondant aux hydrocarbures et autres composants organiques, notamment aux alcools. Des réseaux optiques ont été inscrits sur des polymères photosensibles conçus spécialement à l'aide de techniques photolithographiques, ainsi que des structures de couches minces d'oxydes multicouches métal/métal. Les polymères sont transparents sur un grand segment de longueur d'ondes, mais ils présentent de nombreux inconvénients, notamment un coefficient d'expansion thermique élevé et leur dégradation après une illumination prolongée. D'un autre côté, les réseaux optiques basés sur des oxydes de métaux ont fourni la sélectivité accrue qui était souhaitée. Les variations de l'efficacité de diffraction des réseaux, non seulement comme résultat des modifications de leur indice de réfraction, mais aussi de leur géométrie, peuvent être utilisées pour mesurer des concentrations gazeuses extrêmement faibles. Ces éléments de détection présentent également d'autres avantages, comme la possibilité de fonctionner à température ambiante, ainsi que dans des conditions inhabituelles et extrêmes.
