Desenvolvimento de nanofibras de PVDF/PPy obtidas por eletrofiação para aplicação em sensores de gases

Abstract

Emissões de gases tóxicos afetam a segurança e saúde em diversas esferas da população, exigindo mecanismos de controle e detecção, assim, os sensores com boa sensibilidade, estabilidade e seletividade são de grande importância tanto na área civil quanto acadêmica. Materiais nanométricos têm sido amplamente estudados como possíveis candidatos para a aplicação em sensores de gases. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de nanofibras condutoras com diferentes concentrações de polipirrol (PPy), em matriz do polímero isolante (PVDF), através da técnica de eletrofiação, visando a aplicação em sensores de gases, buscando elevados valores de mobilidade carga, melhorando a performance e aumentando a velocidade de detecção. As nanofibras foram caracterizadas através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), que evidenciou a distinção dos solventes, assim como a morfologia das nanofibras, revelando a presença do polipirrol. Também foi realizado a espectroscopia de infravermelho (FTIR), revelando suas fases cristalinas e ausência de degradação. O comportamento elétrico das amostras obtidas foi estudado por medida elétrica DC. Testes de detecção do gás amônia (NH3) foram aplicados em concentrações de 0%, 5%, 10%, 15%, 20% e 25% de polipirrol (PPy) em massa em relação ao PVDF. Os resultados apontam que a eletrofiação foi capaz de produzir nanofibras com a capacidade de detectar o gás amônia em todas as concentrações contendo polipirrol (PPy), porém com diferenças de variações de corrente continua, além de destacar a seletividade das nanofibras com outros vapores orgânicos voláteis, tais como, acetona, álcool isopropílico e toluol.

Emissions of toxic gases affect safety and health in various spheres of the population, requiring control and detection mechanisms, so sensors with good sensitivity, stability and selectivity are of great importance in both the civil and academic fields. Developing them requires materials processing and efficient techniques with goal to ever preserve quality and precision at the same time looking for new ways to reduce costs, in addition to being eco-friendly. Nanometric materials have been widely studied as possible candidates for application in gas sensors. This work have goals to develop conductive nanofibers with different concentrations of polypyrrole (PPy), in an insulating polymer matrix (PVDF), through the electrospinning technique, aiming at the application in gas sensors likes the ammonia (NH3) which is a gas defined by NR15 (Regulatory Standard 15) as a highly toxic substance, seeking high load mobility values, improving performance and increasing the speed of detection of these analytes. The nanofibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FTIR) and DC electrical conductivity measurements, both of which revealed the “fingerprint” of the polymers, their crystalline phases and absence of degradation, as well as the ohmic behavior and resistivity, respectively. Subsequently, the tests for detection of ammonia gas (NH3) were applied at 0%, 5%, 10%, 15%, 20% and 25% of polypyrrole (PPy) in mass in relation to PVDF. The results show that electrospinning was able to produce nanofibers capable of detecting ammonia gas in all of them and should contain polypyrrole (PPy), but with differences in direct current variations, in addition to highlighting the selectivity of nanofibers with other organic volatile vapors, such as, acetone, isopropyl alcohol and toluene.