Bolsa 14/23546-1 - Espectroscopia de impedância, Materiais nanoestruturados - BV FAPESP
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Sensores sensíveis e seletivos fabricados com nanofios de óxido de Ni e Zn

Processo: 14/23546-1
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2016
Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2021
Área de conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:Osvaldo Novais de Oliveira Junior
Beneficiário:Niravkumar Jitendrabhai Joshi
Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico, AP.TEM
Bolsa(s) vinculada(s):16/23474-6 - Nanomateriais baseados em heterostruturas: síntese e suas propriedades de detecção de gás, BE.EP.PD
Assunto(s):Espectroscopia de impedância   Materiais nanoestruturados   Sensores
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:espectroscopia de impedancia | Materiais nanoestruturados | Sensores | Sensores e biossensores

Resumo

Nanomateriais obtidos com óxidos metálicos têm sido usados no desenvolvimento de dispositivos com diversas funcionalidades. Nanofios, por exemplo, são usados em sensores de gás de última geração, com várias vantagens, incluindo alta razão área/volume, transferência de elétrons eficiente e dimensões comparáveis à extensão da região de carga numa interface. Com isso, pode-se obter alta sensibilidade, tempos de resposta curtos e operação à temperatura ambiente. Mencione-se, também, que os métodos de preparação são relativamente simples, permitindo a produção em larga escala e baixo consumo de energia. Os nanofios de ZnO, em particular, são facilmente sintetizados através de processos físicos ou químicos, podendo exibir grande gap de energia, estabilidade térmica, e fácil controle sobre a morfologia. Elas são muitas vezes modificados com sensibilizadores e têm sido utilizados em sensores eficazes para gases como CO, C2H5OH, e H2S. Esses sensores de óxidos são compatíveis com processamento de microeletrônica, mas têm a desvantagem de falta de seletividade, além de tempo de resposta longo e instabilidade. Para ultrapassar estas limitações, a matriz é normalmente modificada com sensibilizadores de metais, tais como Pd, Pt, Ag, Au, Fe e Cu, ou com outros óxidos metálicos, viz. NiO, CuO, SnO2, para obter sensores seletivos. Este projeto visa a fabricar nanojunções pn entre NiO tipo p e ZnO tipo n, para obter sensores seletivos para os gases H2S, NH3, C2H5OH e CO. Para alcançar este objetivo principal, serão realizadas as seguintes tarefas: i.) Desenvolver sensores de baixo custo, portáteis, altamente seletivos e operáveis à temperatura ambiente. ii) Preparar nanofios de óxido de metal, tais como ZnO, NiO, In2O3 e WO3 por diferentes técnicas químicas, incluindo sol-gel, hidrotérmica e rotas Pechini e deposição de filmes finos por evaporação térmica, pulverização catódica, eletro fiação, deposição química a vapor e spray pirólise. iii) estudo das interfaces de nanofios NiO / ZnO; iv) projeto do sensor e fabricação para comercialização. Os sensores de gás serão obtidos com óxidos de metal e polímeros condutores. Diferentes técnicas de caracterização serão utilizadas para investigar as propriedades dos materiais, e otimizar os sensores. Estas incluem microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e espectroscopia Raman. A formação de junções p-n causa depleção de cargas nos nanofios, que dependem da interação com analitos. Esta interação leva ao colapso da barreira de potencial entre o NiO tipo p e o ZnO tipo n, causando assim uma alteração drástica da resistência do sensor. Também será investigado o óxido YMn2O5 como material de detecção.

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Publicações científicas (18)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
VASUDEVAN, MUGASHINI; TAI, MELVIN J. Y.; PERUMAL, VEERADASAN; GOPINATH, SUBASH C. B.; MURTHE, SATISVAR SUNDERA; OVINIS, MARK; MOHAMED, NORANI MUTI; JOSHI, NIRAV. Highly sensitive and selective acute myocardial infarction detection using aptamer-tethered MoS2 nanoflower and screen-printed electrodes. Biotechnology and Applied Biochemistry, . (14/23546-1, 16/23474-6)
MATERON, ELSA M.; MIYAZAKI, CELINA M.; CARR, OLIVIA; JOSHI, NIRAV; PICCIANI, PAULO H. S.; DALMASCHIO, CLEOCIR J.; DAVIS, FRANK; SHIMIZU, FLAVIO M.. Magnetic nanoparticles in biomedical applications: A review. APPLIED SURFACE SCIENCE ADVANCES, v. 6, . (18/22214-6, 14/23546-1, 16/00991-5)
NIE, JING; WU, YICHUAN; HUANG, QIYANG; JOSHI, NIRAV; LI, NING; MENG, XIAOFENG; ZHENG, SUNXIANG; ZHANG, MIN; MI, BAOXIA; LIN, LIWEI. Dew Point Measurement Using a Carbon-Based Capacitive Sensor with Active Temperature Control. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, v. 11, n. 1, p. 1699-1705, . (14/23546-1)
WU, YICHUAN; HUANG, QIYANG; NIE, JING; LIANG, JIAMING; JOSHI, NIRAV; HAYASAKA, TAKESHI; ZHAO, SHILONG; ZHANG, MIN; WANG, XIAOHAO; LIN, LIWEI. All-Carbon Based Flexible Humidity Sensor. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, v. 19, n. 8, p. 5310-5316, . (16/23474-6, 14/23546-1)
WU, YICHUAN; JOSHI, NIRAV; ZHAO, SHILONG; LONG, HU; ZHOU, LIUJIANG; MA, GE; PENG, BEI; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; ZETTL, ALEX; LIN, LIWEI. NO2 gas sensors based on CVD tungsten diselenide monolayer. Applied Surface Science, v. 529, . (16/23474-6, 14/23546-1)
SUBRAMANI, INDRA GANDI; PERUMAL, VEERADASAN; GOPINATH, SUBASH C. B.; MOHAMED, NORANI MUTI; JOSHI, NIRAV; OVINIS, MARK; LI SZE, LIM. 3D nanoporous hybrid nanoflower for enhanced non-faradaic redox-free electrochemical impedimetric biodetermination. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, v. 116, p. 26-35, . (14/23546-1, 16/23474-6)
MALIK, RITU; JOSHI, NIRAV; TOMER, VIJAY K.. Functional graphitic carbon (IV) nitride: A versatile sensing material. Coordination Chemistry Reviews, v. 466, p. 43-pg., . (14/23546-1, 16/23474-6)
JOSHI, NIRAV; LONG, HU; NAIK, PRANAV; KUMAR, ARVIND; MASTELARO, VALMOR R.; OLIVEIRA, OSVALDO N.; ZETTL, ALEX; LIN, LIWEI. Zinc stannate microcubes with an integrated microheater for low-temperature NO2 detection. NEW JOURNAL OF CHEMISTRY, v. 46, n. 37, p. 10-pg., . (14/23546-1, 13/07296-2, 16/23474-6, 18/22214-6)
IBANEZ-REDIN, GISELA; JOSHI, NIRAV; DO NASCIMENTO, GUSTAVO FREITAS; WILSON, DEIVY; MELENDEZ, MATIAS E.; CARVALHO, ANDRE L.; REIS, RUI MANUEL; GONCALVES, DEBORA; OLIVEIRA, OSVALDO N., JR.. Determination of p53 biomarker using an electrochemical immunoassay based on layer-by-layer films with NiFe2O4 nanoparticles. Microchimica Acta, v. 187, n. 11, p. 10-pg., . (14/23546-1, 18/22214-6)
VASUDEVAN, MUGASHINI; TAI, MELVIN J. Y.; PERUMAL, VEERADASAN; GOPINATH, SUBASH C. B.; MURTHE, SATISVAR SUNDERA; OVINIS, MARK; MOHAMED, NORANI MUTI; JOSHI, NIRAV. Highly sensitive and selective acute myocardial infarction detection using aptamer-tethered MoS2 nanoflower and screen-printed electrodes. Biotechnology and Applied Biochemistry, v. 68, n. 6, p. 1386-1395, . (16/23474-6, 14/23546-1)
JOSHI, NIRAV; DA SILVA, LUIS F.; JADHAV, HARSHARAJ S.; SHIMIZU, FLAVIO M.; SUMAN, PEDRO H.; M'PEKO, JEAN-CLAUDE; ORLANDI, MARCELO ORNAGHI; SEO, JEONG GIL; MASTELARO, VALMOR R.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.. Yolk-shelled ZnCo2O4 microspheres: Surface properties and gas sensing application. SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL, v. 257, p. 906-915, . (13/14262-7, 16/23474-6, 14/23546-1, 12/15543-7, 13/07296-2)
JOSHI, NIRAV; HAYASAKA, TAKESHI; LIU, YUMENG; LIU, HUILIANG; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.; LIN, LIWEI. A review on chemiresistive room temperature gas sensors based on metal oxide nanostructures, graphene and 2D transition metal dichalcogenides. Microchimica Acta, v. 185, n. 4, . (16/23474-6, 14/23546-1)
JOSHI, NIRAV; DA SILVA, LUIS F.; SHIMIZU, FLAVIO M.; MASTELARO, VALMOR R.; M'PEKO, JEAN-CLAUDE; LIN, LIWEI; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.. UV-assisted chemiresistors made with gold-modified ZnO nanorods to detect ozone gas at room temperature. Microchimica Acta, v. 186, n. 7, . (13/14262-7, 16/23474-6, 14/23546-1, 12/15543-7, 13/07296-2, 17/12437-5)
MATERON, ELSA MARIA; WONG, ADEMAR; GOMES, LEONARDO MARIANO; IBANEZ-REDIN, GISELA; JOSHI, NIRAV; OLIVEIRA JR, OSVALDO N.; FARIA, RONALDO C.. Combining 3D printing and screen-printing in miniaturized, disposable sensors with carbon paste electrodes. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C, v. 9, n. 17, . (14/23546-1, 18/22214-6)
MALIK, RITU; JOSHI, NIRAV; TOMER, VIJAY K.. Advances in the designs and mechanisms of MoO3 nanostructures for gas sensors: a holistic review. MATERIALS ADVANCES, v. 2, n. 13, . (14/23546-1)
JOSHI, NIRAV; DA SILVA, LUIS F.; JADHAV, HARSHARAJ; M'PEKO, JEAN-CLAUDE; MILLAN TORRES, BRUNO BASSI; AGUIR, KHALIFA; MASTELARO, VALMOR R.; OLIVEIRA, JR., OSVALDO N.. One-step approach for preparing ozone gas sensors based on hierarchical NiCo2O4 structures. RSC ADVANCES, v. 6, n. 95, p. 92655-92662, . (14/23546-1)
GONCALVES, ROSANA A.; TOLEDO, ROSIMARA P.; JOSHI, NIRAV; BERENGUE, OLIVIA M.. Green Synthesis and Applications of ZnO and TiO2 Nanostructures. Molecules, v. 26, n. 8, . (14/23546-1)
JOSHI, NIRAV; SHIMIZU, FLAVIO M.; AWAN, IRAM T.; M'PEKO, JEAN-CLAUDE; MASTELARO, VALMOR R.; OLIVEIRA, OSVALDO N., JR.; DA SILVA, LUIS F.; IEEE. Ozone sensing properties of nickel phthalocyanine:ZnO nanorod heterostructures. 2016 IEEE SENSORS, v. N/A, p. 3-pg., . (12/15543-7, 14/23546-1)