Desarrollo de sensores de contaminantes ambientales basados en LPGs

ALUSTIZA, DIEGO; MINEO, MARCOS; ARCE, VALERIA B.; CRISTIAN VILLA PÉREZ; RUSSO, NÉLIDA

Congreso; 106º Reunión Anual de la Asociación Física Argentina; 2021

La Resonancia Plasmónica de Superficie (SPR) es un fenómeno que se puede observar en materiales nanoparticulados de metales nobles como el oro y la plata. La energía de la banda plasmónica depende de la geometría y del tamaño de las nanopartículas, por lo que es de gran interés desarrollar nanomateriales con diferentes características morfológicas. La SPR puede ser aprovechada en diferentes aplicaciones, entre las que destaca el sensado de sustanciasmediante el recubrimiento de redes de período largo grabadas sobre fibra óptica (LPGs) con nanopartículas (NPs) metálicas. Las LPGs son dispositivos ópticos usados para sensar diferentes magnitudes físicas y químicas, y su respuesta espectral es altamente dependiente del medio que las rodea. En este proyecto de investigación, se busca por un lado la generación y caracterización de nanopartículas de plata a ser utilizadas en recubrimientos sensibilizantes y, por otro lado, la fabricación de dispositivos LPG sobre fibra óptica fotosensible, que en conjunto permitan la creación de sensores de diferentes contaminantes ambientales. Se sintetizaron nanopartículas de plata con banda de resonancia plasmónica cercana a los 800 nm. El procedimiento de síntesis consistió en dos etapas, en la primera de las cuales se formaron semillas que posteriormente fueron sometidas a crecimiento controlado. La formación de las semillas se logra a partir de la reacción de un precursor de iones de plata, un agente reductor y sustancias que den soporte y estabilidad. El crecimiento de las partículas se hizo a partir de las semillas previamente obtenidas y del agregado de iones de plata y un agente reductor. Para analizar la superficie de las NPs fue estabilizada con citrato sódico. Mediante el control de la cantidad de semillas utilizada en la segunda etapa se obtuvieron nanopartículas con la resonancia plasmónica centrada en la longitud de onda de interés. Las nanopartículas obtenidas han sido caracterizadas mediante diversas técnicas como espectroscopía UV-Vis y microscopía TEM.La generación de LPGs se realizó mediante un mecanismo de grabado basado en la irradiación con un haz UV de una fibra óptica fotosensible a través de una máscara de amplitud, lo que genero un patrón de franjas sobre el núcleo de la fibra dopado con Ge, que modulo el índice de refracción del mismo. Dicha modulación es la responsable de acoplar el modo luminoso del núcleo a modos de alto orden propagados por el cladding en la misma dirección, lo que produce en la transmisión de la red una serie de bandas de atenuación en las longitudes de onda correspondientes a dichos acoplamientos. Para el grabado de las LPG se empleó como fuente de iluminación la cuarta armónica (266 nm) de un láser pulsado de Nd-YAG. La caracterización de las redes se realizó durante la fabricación, iluminando con una fuente SLED centrada en 800 nm y observando su respuesta en transmisión con un OSA. Las LPG obtenidas presentaron dos bandas de atenuación ubicadas en 781.13 nm y en 813.81 nm, con mínimos de transmitancia de -9.16 dB y -15.06 dB. Cada una de estas bandas de atenuación corresponde al acoplamiento de la luz guiada por el núcleo de la fibra, hacia un modo diferente del cladding. El dispositivo logrado se comporta como un filtro óptico con bandas de atenuación cuya posición (inicialmente determinada por la periodicidad del patrón de irradiación UV usado para el grabado) será modificada en correspondencia con la presencia de determinados productos contaminantes presentes en agua. En una etapa posterior, las NPs serán ensambladas al dispositivo LPG mediante el uso de poliuretano como soporte para las nanopartículas, y después, se procederá a evaluar la factibilidad de uso de este sistema como sensor de diferentes contaminantes en fase acuosa.