Modificação superficial de semicondutores nanoestruturados por irradiação com laser de femtosegundos e com feixe de elétrons visando a fabricação de sensores de gás

Resumo

Devido à constante e crescente poluição do meio ambiente, o desenvolvimento de sensores de gases seletivos e sensíveis a gases tóxicos e inflamáveis em concentrações baixas (menores que 50 ppm) e em diversas condições ambientais é de extrema importância. Para tal, diversos pesquisadores têm tentado melhorar as propriedades de materiais sensores por meio da síntese, controle morfológico, dopagem, heteroestruturas e funcionalização superficial. Neste sentido, este projeto propõe a fabricação de diferentes nanoestruturas de ZnO, CeO2 e NiO a partir da síntese hidrotermal assistida por micro-ondas seguida de modificação superficial por irradiação com laser em femtosegundos ou por feixe de elétrons. A irradiação permitirá a obtenção de amostras com vacâncias catiônicas e propriedades similares a semicondutores tipo-p, além de heterojunções óxido/metal, que poderão melhorar a seletividade e resposta desses materiais frente a diferentes gases. As amostras preparadas terão suas propriedades estruturais e morfológicas caracterizadas por difratometria de raios-X, espectroscopia Raman, infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão. Outras técnicas avançadas de caracterização, como espectroscopia de aniquilação de pósitrons, espectroscopia de ressonância paramagnética e espectroscopia de impedância complexa poderão fornecer informações essenciais sobre a estrutura de defeitos e mecanismos de condução das nanoestruturas sintetizadas. Filmes sensores serão preparados a partir das amostras fabricadas e depositados sobre substratos de alumina com eletrodos ouro. O desempenho dos filmes sensores com relação à sua sensibilidade, tempo de resposta e recuperação, seletividade e temperatura de trabalho será avaliado frente a gases oxidantes e redutores, com temperatura e atmosferas controladas. A alteração da estrutura de defeitos e funcionalização da superfície sem a necessidade de dopantes ou uso de metais nobres é de grande interesse científico e tecnológico, uma vez que poderá melhorar a resposta dos filmes ao mesmo tempo em que diminui os custos e simplifica os processos de obtenção desses materiais. (AU)