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Produção Intelectual da USP
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Síntese e caracterização
de
filmes finos e espessos
de
ZnO: aplicação como sensores
de
gás
Catto, Ariadne Cristina
Biblioteca Digital
de
Teses e Dissertações da USP; Universidade
de
São Paulo; Escola
de
Engenharia
de
São Carlos 2016-12-01
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Título:
Síntese e caracterização
de
filmes finos e espessos
de
ZnO: aplicação como sensores
de
gás
Autor:
Catto, Ariadne Cristina
Orientador:
Mastelaro, Valmor Roberto
Assuntos:
Filmes Finos
;
Materiais Nanoestruturados
;
Sensor
De
Gás
;
Óxido
De
Zinco
;
Ozônio
;
Thin Film
;
Ozone
;
Nanostructured Materials
;
Gas Sensor
;
Zinc Oxide
Notas:
Tese (Doutorado)
Descrição:
O desenvolvimento
de
novos materiais que possam ser aplicados como sensores resistivos
de
gás torna-se mais importante a cada dia devido sua importância no monitoramento ambiental, controle
de
emissão industrial e aplicações médicas. Desta forma, esforços têm sido realizados a fim
de
desenvolver dispositivos funcionais que apresentem uma alta sensibilidade, seletividade e baixo consumo
de
energia operando em temperaturas próximas a temperatura ambiente. O composto ZnO nanoestruturado puro e/ou dopado exibindo diferentes morfologias têm sido apontado como um candidato promissor na detecção
de
diferentes tipos
de
gases devido suas propriedades eletrônicas e da alta razão superfície/volume que facilitam a adsorção
de
espécies gasosas sobre sua superfície. Adicionalmente, diferentes estudos tem mostrado que o desempenho
de
sensores resistivos pode ser melhorado através da inserção
de
dopantes na rede ou na superfície do material sensor. Motivados por essas considerações, neste trabalho, filmes finos e espessos de composição ZnO e Zn1-xCoxO nanoestruturados obtidos através dos métodos dos precursores poliméricos, RF sputtering e tratamento hidrotermal foram avaliados visando sua aplicação como sensor dos gases O3, NO2 e CO. O estudo das propriedades estruturais de longo alcance investigadas através da técnica de difração de raios X mostrou que a adição de cobalto causa uma diminuição da intensidade dos picos de difração. Medidas do espectro de absorção de raios-X indicaram que nas amostras obtidas pelo método dos precursores poliméricos e RF sputtering, respectivamente, os átomos de Co assumem predominantemente o estado de valência 2+ e 3 +. A composição química da superfície das amostras foi analisada através da técnica de espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) enquanto as propriedades microestruturais foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (AFM). Medidas da resistência elétrica das amostras foram utilizadas para avaliar as propriedades sensoras das amostras, como a sensibilidade, a seletividade, o tempo de resposta e de recuperação quando expostos a diferentes concentrações dos gases O3, CO e NO2. As medidas de resistência elétrica quando os filmes foram expostos as estes gases mostrou que as três metodologias de síntese foram eficientes na obtenção de amostras que apresentam um grande potencial para serem aplicadas como sensores de gás. Entretanto, a amostra obtida por RF-sputtering apresentou as melhores propriedades de detecção ao gás ozônio com, valor de resposta quarenta (40) vezes maior, que foi atribuído a sua alta rugosidade e as características microestruturais apresentadas por essa amostra. As amostras Zn1-xCoxO obtidas pelo método dos precursores poliméricos exibiram uma maior sensibilidade ao ozônio e uma menor temperatura de trabalho em relação a amostra ZnO, preparada por esse mesmo método. Além disso, a adição de cobalto contribuiu para a seletividade do composto. A melhora das propriedades sensoras foram atribuídas a uma melhor atividade catalítica causada pelos íons Co e a presença de defeitos na superfie do material, que favoreceu a adsorção das moléculas de oxigênio na superfície da amostra
DOI:
10.11606/T.18.2017.tde-21032017-152552
Editor:
Biblioteca Digital
de
Teses e Dissertações da USP; Universidade
de
São Paulo; Escola
de
Engenharia
de
São Carlos
Data de criação/publicação:
2016-12-01
Formato:
Adobe PDF
Idioma:
Português
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Teses e Dissertações USP
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