Estudo de sensores de componentes orgânicos voláteis (VOCs) à base de nanofios de óxidos metálicos decorados com nanopartículas metálicas

Abstract

Este trabalho teve como objetivo desenvolver um circuito capaz de interrogar sensores baseados em nanofios de SnO2 para detecção de CO e CO2. Atualmente, os sensores comerciais apresentam um alto custo ou baixa sensibilidade. Além disso, uma das abordagens deste trabalho é desenvolver um dispositivo que, futuramente, possa servir como uma rede de sensores para monitoramento de focos de incêndio. Para isso, foram testadas duas configurações e geometria dos dispositivos: i) um único nanofio; ii) filme de nanofios. Em ambos os casos, foram testados dispositivos decorados com nanopartículas de paládio, visando melhorar a resposta sensorial dos dispositivos. A resposta elétrica foi analisada quanto às caracterizações corrente-tensão e corrente-tempo em temperatura ambiente e com o dispositivo sob aquecimento, em diferentes concentrações dos gases estudados. Um fator importante para o desenvolvimento de dispositivos sensoriais é a sua sensibilidade. Portanto, será realizado um estudo sobre a funcionalização dos nanofios com base em caracterizações estruturais como difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios-X por dispersão em energia (EDX) e microscopia de força atômica (AFM). Espera-se, com isso, obter maior sensibilidade e seletividade dos dispositivos, que serão testados a diferentes temperaturas para identificar os picos de sensibilidade e compará-los com dispositivos descritos na literatura cientifica. Outro ponto importante a ser analisado é o tempo de resposta e recuperação dos dispositivos, conforme a rapidez e consistência das respostas, cruciais para a segurança e eficácia em muitas aplicações.

This work aimed to develop a circuit capable of interrogating sensors based on SnO2 nanowires for the detection of CO and CO2. Currently, commercial sensors are either expensive or have low sensitivity. Additionally, one of the approaches of this work is to develop a device that, in the future, could serve as a network of sensors for monitoring fire outbreaks. To achieve this, two configurations and geometries of the devices will be tested: i) a single nanowire; ii) a nanowire film. In both cases, devices decorated with gold nanoparticles will be tested to enhance the sensory response. The electrical response will be analyzed through current-voltage and current-time characterizations at room temperature and with the device under heating, in different concentrations of the studied gases. An important factor in the development of sensory is their sensitivity. Therefore, a study on the functionalization of the nanowires will be conducted based on structural characterizations such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and atomic force microscopy (AFM). The aim is to achieve greater sensitivity and selectivity of the devices, which will be tested at different temperatures to identify the sensitivity peaks and compare them with described in the scientific literature. Another important aspect to be analyzed is the response and recovery time of the devices, as the speed and consistency of responses are crucial for safety and effectiveness in many applications.