Fabricação e caracterização de filmes finos de polifulerenos: sensores de gás

Abstract

Dispositivos sensores são aparatos diretamente relacionados à segurança, sendo responsáveis por detectar a presença de substâncias tóxicas, tais quais a amônia, que apesar de ser um composto gerado naturalmente no processo metabólico, pode ser altamente prejudicial à saúde em maiores concentrações. Neste trabalho foram estudados materiais derivados do fulereno, um material com bastante afinidade de coletar elétrons, e considerado como o terceiro alótropo do carbono, depois do diamante e do grafite. O trabalho tem como objetivo realizar a caracterização dos materiais PCBM, OPCBMMB e PPCBMB, bem como verificar sua aplicabilidade como sensores de amônia. Os materiais foram estudados na forma de filmes finos, produzidos pelas técnicas de Langmuir-Schaefer e drop casting, sua caracterização óptica foi feita a partir do estudo da absorção no UV-Vis, enquanto sua caracterização morfológica foi feita a partir de Microscopia de Força Atômica e Microscopia Óptica. Para sua caracterização elétrica, fotoelétrica e como sensor de gás, foram realizadas medidas de Corrente vs. Tensão e Corrente vs. Tempo. Foi observada uma absorção de luz em baixos comprimentos de onda, com picos na região ultravioleta, com destaque para o PPCBMB, que apresentou um deslocamento blue-shift em seu espectro em relação aos demais. Em relação as medidas elétricas, observaram-se diferenças entre as duas técnicas de fabricação, com os filmes de Langmuir apresentando uma condutividade consideravelmente maior que os filmes drop casting. As medidas de fotocondutividade mostraram que o PPCBMB não responde ao estímulo da luz, devido à ausência de absorção no espectro visível da luz. Quando expostos a atmosfera de amônia, todos os materiais apresentaram respostas reprodutíveis em sua condutividade, com um aumento significativo nas respostas elétricas.

Sensor devices are equipments directly related to safety, being responsible for detecting the presence of toxic substances, such as ammonia, which despite being a naturally generated compound in the metabolic process, can be highly harmful to health in higher concentrations. In this work, material derived from fullerene were studied, a material with a high affinity to collect electrons, and considered to be the third carbon allotrope, after diamond and graphite. This work aims to characterize PCBM, OPCBMMB and PPCBMB, as well as verify their applicability as ammonia sensors. The materials were studied in the form of thin films, produced by Langmuir-Schaefer and drop casting techniques, their optical characterization was made from the study of UV-Vis absorption, while their morphological characterization was made from Atomic Force Microscopy and Optical Microscopy. For its electrical and photoelectric characterization and as a gas sensor, measurements of Current vs Voltage and Current vs Time. Light absorption was observed at lower wavelengths, with peaks in the ultraviolet region, with emphasis on the PPCBMB, whitch presented a blue-shift shift in its spectrum in relation to the others. Regarding the electrical measurements, differences were observed between the two deposition techniques, with the Langmuir films presenting a considerably higher conductivity than the drop casting films. Photoconductivity measurements showed that PPCBMB does not respond to light stimulation, due to the absence of absorption in the visible spectrum of light. When exposed to an ammonia atmosphere, all materials showed reproducible responses in their conductivity, with a significant increase in electrical responses.