Investigadores de la Universidad de Oxford han desarrollado un sensor hecho de fibra de zafiro que puede tolerar temperaturas extremas, con el potencial de permitir mejoras significativas en la eficiencia y la reducción de emisiones en la generación de energía como en los vuelos aéreos.

El trabajo, publicado en la revista Optics Express , utiliza una fibra óptica de zafiro, un hilo de zafiro cultivado industrialmente de menos de medio milímetro de espesor, que puede soportar temperaturas superiores a los 2000°C.

Cuando se inyecta luz en un extremo de la fibra de zafiro, parte se refleja desde un punto a lo largo de la fibra que se ha modificado para que sea sensible a la temperatura (conocido como rejilla de Bragg). La longitud de onda (color) de esta luz reflejada es una medida de la temperatura en ese punto.

La investigación resuelve un problema de hace 20 años con los sensores existentes que, si bien la fibra de zafiro parece muy delgada, en comparación con la longitud de onda de la luz, es enorme. Esto significa que la luz puede tomar muchos caminos diferentes a lo largo de la fibra de zafiro, lo que da como resultado que se reflejen muchas longitudes de onda diferentes a la vez.

Longitud de onda

Los investigadores superaron este problema escribiendo un canal a lo largo de la fibra, de modo que la luz esté contenida dentro de una pequeña sección transversal, de una centésima de milímetro de diámetro. Con este enfoque, pudieron hacer un sensor que refleja predominantemente una sola longitud de onda de luz.

La demostración inicial fue en una longitud corta de fibra de zafiro de 1 cm de largo, pero los investigadores predicen que serán posibles longitudes de hasta varios metros, con varios sensores separados a lo largo de esta longitud.

Esto permitiría realizar mediciones de temperatura en un motor a reacción, por ejemplo. El uso de estos datos para adaptar las condiciones del motor en vuelo tiene el potencial de reducir significativamente las emisiones de óxido de nitrógeno y mejorar la eficiencia general, reduciendo el impacto ambiental. La resistencia del zafiro a la radiación también ofrece aplicaciones en las industrias espacial y de energía de fusión.

“Estas fibras ópticas de zafiro tendrán muchas aplicaciones potenciales diferentes en los entornos extremos de una central eléctrica de energía de fusión. Esta tecnología tiene el potencial de aumentar significativamente las capacidades de los futuros sistemas de mantenimiento de sensores y robóticos en este sector, ayudando a UKAEA en su misión de suministrar energía de fusión baja en carbono, segura y sostenible a la red”, asegura Rob Skilton, Jefe de Investigación de RACE, la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido.

Aplicaciones

El miembro del equipo de investigación, el Dr. Mohan Wang, del Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford, dijo que “los sensores se fabrican con un láser de alta potencia con pulsos extremadamente cortos y un obstáculo importante fue evitar que el zafiro se rompiera durante este proceso”.

El trabajo forma parte de una beca EPSRC de 1,2 millones de libras esterlinas del Dr. Julian Fells del Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford y se llevó a cabo en asociación con Rolls-Royce, la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (Aplicaciones remotas en entornos desafiantes – RACE ), Universidad de Cranfield, Halliburton y MDA Space and Robotics.

Mark Jefferies, jefe de enlace de investigación universitaria de Rolls-Royce plc, afirma que “esta es una noticia emocionante y otro logro científico importante como resultado de nuestra asociación con la Universidad de Oxford. Con el tiempo, esta investigación fundamental podría permitir una medición de temperatura multipunto más eficiente y precisa en entornos hostiles, mejorando el control, la eficiencia y la seguridad. Esperamos trabajar con la Universidad de Oxford para explorar su potencial”.

Fuente: El Periodico de la Energía