Materiales termocromicos

Tengo entendido que la aleación cromo-níquel no genera reacciones de coloración en llama, se utiliza para prácticas de sales (fuegos artificiales).

En la actualidad, existen diversos métodos para
monitorizar la temperatura con fibra óptica, como
las redes Bragg, la fibra óptica estrechada y otras
[1]. Además, desde hace unos años, se están
utilizando los materiales termocrómicos como
elemento sensor en los sensores de fibra óptica.
Dichos materiales poseen la propiedad de variar su
color, y por tanto sus propiedades ópticas, al verse
sometidos a variaciones de temperatura [2].
Para poder emplear este tipo de materiales en
sensores de fibra óptica, es necesario caracterizarlos
previamente y estudiar su comportamiento con la
fibra óptica puesto que muchos de estos materiales
presentan numerosos inconvenientes que hacen
incompatible su empleo en sensores de fibra óptica,
como por ejemplo el comportamiento óptico
irreversible con la temperatura, la presencia de
ciclos de histéresis, o la inestabilidad a lo largo del
tiempo. Además es necesario encontrar materiales
termocrómicos que operen en el rango de
temperaturas deseado.
En este trabajo, se describe la caracterización
espectral del material termocrómico denominado
2,4,5-Triphenylmidazol o también llamado Lofina,
ideal para su incorporación en un sensor de
temperatura de fibra óptica para aplicaciones
acuáticas como se desprenderá de este estudio.
2. ESTUDIO DEL MATERIAL
El material termocrómico estudiado, como ya se ha
comentado anteriormente, se denomina 2,4,5-
Triphenylmidazol o también llamado Lofina, Es un
compuesto orgánico barato y no tóxico cuyo punto
de fusión se encuentra entre 275 y 277ºC. Se trata
de un material que ya ha sido utilizado en otras
aplicaciones pero no relacionados con los
dispositivos de fibra óptica. Una de las propiedades
más interesantes de este material es su naturaleza
hidrófoba, es decir, repele las moléculas de agua, y
por tanto puede ser utilizado para aplicaciones
subacuáticas sin peligrar la pérdida de material por
disolución y evitando la posible sensibilidad delmaterial frente a la humedad. Por tanto se trata de
un material cuyo comportamiento frente a la
temperatura es igual bajo el agua que en el aire.
Otra propiedad importante de este material es su
color en reposo: blanco. Esta característica hace
esperar una respuesta espectral en reflexión
homogénea en el rango de las longitudes de onda de
luz visible, garantizando el empleo de un gran
número de longitudes de onda como fuentes de luz
del posible sistema sensor.
La fórmula molecular de la Lofina es C21H16N2 , y la
transición que tiene lugar en su estructura molecular
debido a la variación de la temperatura se muestra
en la figura 1.
3. CARACERIZACIÓN DEL MATERIAL
Se han realizado diferentes pruebas al material para
estudiar su respuesta frente a la temperatura en
diferentes condiciones ambientales. En primer lugar
se realizaron unas pruebas de espectrometría del
material, para estudiar la absorbancia del material a
diferentes temperaturas. Para ello, se realizó el
montaje experimental mostrado en la figura 2.
Figura 2. Montaje experimental para caracterización Lofina
Como se muestra en la figura 2, se depositó una
fina capa de Lofina sobre un portaobjetos y se
iluminó mediante una fuente de luz blanca. Se
utilizó un espectrómetro Ocean Optics S-2000. El
experimento se realizó colocando el material a 5temperaturas diferentes. La figura 3 muestra los
resultados obtenidos y en ella se puede observar,
que a mayor temperatura, la Lofina transmite mayor
potencia óptica, indicando que el material puede ser
empleado en sistemas sensores de temperatura.
Figura 3. Respuesta espectral de la Lofina
Las diferentes pruebas fueron realizadas varias
veces, observándose un comportamiento repetitivo
y con ausencia de histéresis.
4. CARACERIZACIÓN DEL MATERIAL
CON FIBRA ÓPTICA BAJO EL AGUA.
Una vez estudiado el espectro de absorción y de
transmisión del material en condiciones
ambientales y al aire, se deseaba caracterizar el
material bajo el agua. Para ello era necesario
depositar el material en algún lugar que la presencia
del agua no le afectase, y desde el cual se pudieran
realizar pruebas de espectrometría. La fibra óptica
fue la seleccionada, puesto que el objetivo final de
este estudio es la realización de un sensor de fibra
óptica empleando la Lofina como material detector
de temperatura. Para ello, se depositó material
termocrómico en el extremo de un latiguillo de
fibra óptica multimodo mediante la técnica de
fusión [3]. Una vez depositado el material en el
extremo de la fibra, se realizó el montaje
experimental representado en la figura 4.
Figura 4. Montaje experimental para caracterizar la Lofina
bajo el agua.
El latiguillo de fibra óptica con el material
depositado en su extremo fue sumergido en una
cubeta con agua junto con un termómetro paramonitorizar el valor de temperatura. Con la ayuda
de una placa calentadora, se varió la temperatura
del agua y así se pudo conseguir la caracterización
del material sumergido en agua. El material fue
iluminado con una fuente de luz blanca a través de
un acoplador 50:50, permitiendo de este modo
recuperar la potencia óptica reflejada hacia el
espectrómetro alojado en el ordenador.
Los resultados obtenidos se muestran en la figura 5.
Figura 5. Absorción de la Lofina bajo el agua.
Se observa en la figura 5 que el comportamiento del
material bajo el agua es el esperado, y que de nuevo
varía sus propiedades en función de la temperatura.
5. CONCLUSIONES.
Se ha conseguido caracterizar un material
termocrómico empleando tecnología fotónica, para
su posterior empleo como elemento sensor en un
sistema de medición de la temperatura en
condiciones acuáticas. Se han mostrado resultados
del comportamiento del material frente a la
temperatura en condiciones ambientales normales,
y en condiciones bajo el agua empleando fibra
multimodo. Se ha observado que el material se
comporta repetitivamente y además no se ha
observado ningún tipo de ciclo de histéresis.
Con los resultados obtenidos en esta serie de
experimentos, se pretende en un futuro construir un
sensor robusto capaz de monitorizar la temperatura
tanto dentro del agua como fuera.