Sensori per tetraidrofurano e metanolo: dal modello alla caratterizzazione

I sensori di gas basati su materiali semiconduttori hanno un interesse applicativo crescente.
La ragione del successo dei sensori chimici risiede nelle loro caratteristiche di affidabilità, sensibilità, ripetitività e nel loro basso costo, se confrontato con i sistemi tradizionali di analisi.
La stupefacente quantità di risultati sperimentali ottenuti sta suscitando parallelamente un forte interesse scientifico, come è evidenziato dalla nascita di nuove riviste specialistiche. In esse sono raccolti i contributi in questo settore che vanno ad unirsi al gran numero di lavori già presenti nella letteratura di più ampio respiro.
Le descrizioni di diverse tecniche di produzione di sensori chimici abbondano e si cerca, come è naturale, quella che rappresenti il miglior compromesso tra l’ottimizzazione delle proprietà del sensore e le minori difficoltà di realizzazione.
Tra tutte, la serigrafia, o tecnologia del film spesso, sembra attuare maggiormente tale proposito.
In particolare, sebbene esistano tecniche di realizzazione di sensori con caratteristiche adatte alle più svariate applicazioni, i risultati conseguiti nel monitoraggio di gas ambientali sono quelli che conferiscono a tale tecnica le maggiori prospettive di successo.
Il trasferimento dell’esperienza acquisita in questo campo in ambito industriale sembra terreno fertile per nuovi sviluppi; tuttavia l’idea non è oggi sufficientemente diffusa.
Il primo degli obiettivi del presente lavoro è proprio quello di mostrare l’applicabilità dei sensori chimici ottenuti con la tecnologia del film spesso ad una problematica di tipo industriale. Le sostanze tossiche prese in considerazione saranno il tetraidrofurano e il metanolo, sostanze tipiche di un processo di industria chimica, i cui vapori possono essere estremamente nocivi all’uomo anche in quantità relativamente molto basse (parti per milione).
Si cercherà di spiegare in quale modo è stata effettuata la scelta di un particolare set di sensori per il rilevamento di questi vapori, analizzando e approfondendo la fisica di essi.
Come inizialmente notato, l’interesse scientifico è oggi incentrato maggiormente sui risultati formidabili ottenuti dalla sensoristica che non sull’indagine approfondita della sua fenomenologia. Attualmente la quantità di dati sperimentali è di gran lunga superiore alla quantità di lavori volti all’interpretazione scientifica del comportamento dei sensori e la difficoltà nella ricerca in tale direzione è accresciuta dal fatto che gli ultimi lavori di carattere fondamentale risalgono a qualche decennio fa. Si potrebbe pensare che ciò sia accaduto, oltre che per ragioni di carattere economico, per il fatto che la comprensione definitiva del comportamento di questi dispositivi sia stata raggiunta. In realtà non è affatto così.
La grande sensibilità dei sensori chimici porta infatti ad una carenza intrinseca di selettività.
È quindi difficile eliminare l’effetto matrice dei gas interferenti, in quanto anch’essi rischiano di essere rilevati e di produrre un “rumore” confrontabile con l’ampiezza del segnale stesso. L’interpretazione teorica delle risposte dei sensori, volta al conseguimento della selettività è la seconda motivazione fondamentale di questa tesi.