Sensor de gás à base de ZnO assistido por radiação UV

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Data

2022-09-02

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

A eletrônica impressa apresenta excelente potencial para o desenvolvimento de sensores que possam ser produzidos diretamente em adornos pessoais, cartões, embalagens e outros. Filmes de óxido de zinco (ZnO), obtidos por impressão de soluções de precursores orgânicos ou por impressão de dispersão de nanopartículas, têm sido largamente estudados como sensores de radiação ultravioleta (RUV), gases e vapores. De fato, é grande o interesse para o entendimento de sensores a base de ZnO, e entre eles o sensor de umidade. Por exemplo, seu monitoramento é importante em indústrias de fabricação de peças metálicas para evitar corrosão por parte da umidade muito elevada, ou ainda para ambiente de permanência humana, em que umidade baixa pode causar infecções pulmonares, crises alérgicas, sinusite entre outros. Neste trabalho apresenta o desenvolvimento de fotorresistor e fotodiodo a base de ZnO. Os filmes de ZnO foram produzidos por spray pirólise, sendo essa a camada ativa dos dispositivos. O fotorresistor, utilizou eletrodos paralelos de alumínio e o diodo utilizou alumínio como eletrodo inferior e PEDOT:PSS como eletrodo superior. Ambos os dispositivos foram aplicados como sensor de umidade assistido por RUV. A partir da medida de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) para o filme de ZnO, foi obtido uma absorbância máxima em ~355 nm, sendo esse o mesmo valor de emissão do light emission diode (LED) UV utilizado nas medidas de fotorresposta. No fotorresistor, foi observado que o tempo de relaxação e de decaimento são governados por adsorção e dessorção de espécies de oxigênio. Foi observado que em uma câmara com umidade relativa (UR) de 17% foram obtidos tempo de resposta (trep) e tempo de recuperação (trec) de 11,6 e 21,1 s respectivamente, e ao aumentar a UR para 87% esses tempos passaram para 67,7 e 124,9 s. O fotorresistor ainda apresentou uma alta sensibilidade, chegando em 6,6 × 103 quando exposto a alta umidade. O diodo, apresentou uma retificação de apenas 4 vezes para uma câmara seca. Ao aumentar essa umidade, ele apresentou uma retificação de 34 vezes, sendo que o aumento da resistência ocorreu mais significativamente na polarização reversa. Sob a incidência de RUV, o diodo apresentou aumento de condutividade na qual é limitado pela UR. Tanto seu tempo de resposta quanto tempo de recuperação foram maiores que os tempos do fotorresistor, pois mesmo as medidas elétricas mostrando que o PEDOT:PSS não apresenta instabilidade a umidade, ele é um agente que dificulta a adsorção e dessorção de moléculas de gás na superfície do ZnO.
The printed electronic shows excellent potential for the development of sensors that can be manufactured in personal adornment, cards and package. Films of zinc oxide (ZnO), obtained by organic precursor solution printed or nanoparticle dispersion, have been widely studied as an ultraviolet radiation (RUV) sensor, gas and vapors. In fact, it is of excellent interest for the understanding of sensors of the base ZnO, among them the humidity sensor. For example, its monitoring is important in metal parts manufacturing industries to prevent corrosion because of the high humidity, or for human permanence environment, in which the low humidity can cause lung infections, allergic crises, sinusitis, among others. In this work shows the development of photoresistor and photodiode based on ZnO. The ZnO films were deposited from the pyrolysis spray technic, this being the active layer of the devices. For the photoresistor, aluminum parallel electrodes were used and the diode used aluminum as an inferior electrode and PEDOT:PSS as a superior electrode. From the measurements of visible-ultraviolet (Uv-Vis) for the ZnO films, a maxima absorption in 355 nm was observed, this being the same emission value of the UV Light emission diode (LED) used in photoresponse measurement. In photoresistors, the relaxation and decay time are controlled by adsorption and desorption of species oxygen. It was observed that in a chamber with a controlled relative humidity of (UR)17%, obtained response time (trep) and recovery time (trec) of 11,6 and 12,1 s respectively and when increasing the UR to 87% these times have reached 67,7 and 124,9 s. The photoresistor showed high sensitivity, reaching 6,6 × 103 when exposed to high humidity. The diode showed the rectification only 4 times for a dry chamber. When the humidity is increased, it presents a rectification of 34 times, being that the increase occurred more significantly in reverse polarization. Under RUV, the diode showed an increase in conductivity which is limited by UR. Both the time (response and recovery) were greater than the photoresistor times because even the electrical measurements showed the stability of PEDOT:PSS in enhancing moisture, it is a factor that makes the adsorption and desorption difficult of gas molecules on the surface of ZnO

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Palavras-chave

ZnO, PEDOT:PSS, Umidade, Ultravioleta, Spray pirólise, Ultraviolet, Spray pyrolysis, Humidity

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