Fabricação e caracterização de plataformas sensoriais baseadas em polímeros conjugados e nanotubos de carbono para detecção de gases

Abstract

Pesquisas acerca de materiais e tecnologias que sejam menos agressivos ao meio ambiente tem impulsionado a busca por soluções ecologicamente corretas ou menos agressivas. Neste trabalho, o objetivo foi desenvolver dispositivos sensores de gás utilizando materiais orgânicos, tais como polímeros conjugados e nanotubos de carbono como sensores. Para isso, foram empregadas técnicas como Langmuir e Langmuir Schaefer (LS) para processar filmes finos, que permitem o controle ao nível molecular sob substratos para potenciais aplicações pelo controle fino de cada camada depositada na fabricação dos dispositivos. Também foi utilizada a técnica de DropCasting, que consiste em espalhar uma solução concentrada preparada com solvente sobre um substrato sólido, formando uma película de material semicondutor após a evaporação. Outro método utilizado foi a produção de fibras de poli(fluoreto de vinilideno) decoradas com materiais condutores, para proporcionar uma alta área de contato entre o sensor e o vapor de gases avaliados das fibras e a sensibilidade dos materiais sensores. Os filmes assim produzidos e caracterizados por espectroscopia UV-Visível (UV-Vis) para análise de crescimento e organização dos materiais. As fibras produzidas também foram analisadas por Microscopia de Varredura Eletrônica (MEV). Para estudar a condutividade dos materiais na forma de filmes sobre eletrodos interdigitados de ouro, foram realizadas caracterizações elétricas em corrente contínua (I vs V). Além do estudo a respeito da deposição dos filmes, estes também foram avaliados quanto a sua capacidade em detectar vapores de Amônia, Tetrahidrofurano, Toluol e Diclorometano, e as medidas de corrente pelo tempo (I vs t) foram utilizadas para a análise sensorial. Para resultados, foi utilizada uma análise de Componentes Principais (PCA) que permitiu uma melhor interpretação de cada dispositivo utilizado como sensor, suas possíveis características de agrupamento e possibilidades de aplicação como sensor.

Research on materials and technologies that are less harmful to the environment has driven the search for ecologically friendly or less aggressive solutions. In this study, the objective was to develop gas sensor devices using organic materials such as conjugated polymers and carbon nanotubes as sensors. To achieve this, techniques like Langmuir and Langmuir-Schaefer (LS) were employed to process thin films, enabling molecular-level control on substrates for potential applications through fine control of each deposited layer in device fabrication. The DropCasting technique was also utilized, which involves spreading a concentrated solution prepared with a solvent on a solid substrate, resulting in a semiconductor material film after evaporation. Another method used was the production of poly(vinylidene fluoride) fibers decorated with conductive materials to provide a high contact area between the sensor and the evaluated gas vapors, enhancing the sensitivity of the sensor materials. The films produced were characterized using UV-Visible spectroscopy (UV-Vis) to analyze material growth and organization. The produced fibers were also analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM). To study the conductivity of the materials in the form of films on interdigitated gold electrodes, electrical characterizations were performed using direct current (I vs V). In addition to studying the film deposition, the films were also evaluated for their ability to detect Ammonia, Tetrahydrofuran, Toluol, and Dichloromethane vapors, and current-time measurements (I vs t) were used for sensory analysis. Principal Component Analysis (PCA) was utilized for the results, allowing for a better interpretation of each device used as a sensor, their possible clustering characteristics, and potential sensor applications.