Sensores de gases baseados em heteroestruturas de óxidos semicondutores: investigação das propriedades microestruturais e elétricas

• Processo: 23/09790-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Luís Fernando da Silva
• Beneficiário: Mayron Silva Castro
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/02927-3 - Sensores de gases baseados em semicondutores do tipo-n operando a temperatura ambiente: investigação do desempenho e dos mecanismos envolvidos, AP.PNGP.PI
• Assunto(s): Óxidos metálicos Óxidos semicondutores Caracterização microestrutural Propriedades elétricas Nanopartículas Síntese química Sensores de gases
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Caracterização microestrutural | Nanopartículas | Óxidos metálicos semicondutores | Sensores resistivos de gás | Síntese Química | Óxidos Metálicos Semicondutores aplicados como Sensores

Resumo

Grandes esforços têm sido direcionados para o desenvolvimento de dispositivos sensores de gás portáteis e de fácil operação, e que permitam o monitoramento eficiente de pequenas concentrações de espécies tóxicas de forma quantitativa e seletiva. Sensores resistivos de gás baseados em óxidos metálicos semicondutores (MOXs) se destacam em razão de sua boa sensibilidade e boa estabilidade. Apesar de promissores, as temperaturas de operação de sensores baseados nesta classe de materiais é relativamente alta, desencorajando sua aplicação em dispositivos comerciais. Uma estratégia eficiente para reduzir sua temperatura de operação consiste na substituição parcial ou total do aquecimento pela fotoativação. Neste aspecto a combinação de dois materiais, através da formação de nanoesteroestrturas, tem viabilizado a utilização dos MOXs a temperaturas mais moderadas, além de realçar as propriedades sensoras desses materiais. Entretanto, poucos trabalhos têm se dedicado ao estudo do processo de fotoativação de nanoheteroestruturas, especialmente na descrição fundamentada dos mecanismos envolvidos. Outro desafio na área consiste no processamento desses materiais de maneira simples e reprodutível. Neste sentido, os métodos de síntese química têm permitido obter materiais micro e/ou nano dimensionados exibindo alta qualidade e propriedades diferenciadas. Além disso, trabalhos reportados na literatura mostram que as propriedades sensoras dos MOXs são fortemente afetadas pelo método de processamento empregado, em razão de possíveis alterações nas características microestruturais e de superfície. Portanto, neste projeto de Doutorado Direto propomos a preparação de nanoheteroestruturas de ZnO/SnO2, SnO2/WO3 e ZnO/WO3 na forma de filmes finos através de duas distintas metodologias: o método dos precursores poliméricos, e de deposição química a partir de fase vapor (CVD). As amostras serão caracterizadas empregando uma diversidade de técnicas, tais como a difração de raios X (XRD), microscopias eletrônicas, espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), e de absorção de raios X (XAS). A avaliação das propriedades sensoras das amostras serão realizadas por caracterizações elétricas (DC e AC), sendo as amostras expostas a diferentes analitos (e.g. BTEX, etanol, acetona e NO2), além de diferentes porcentagens de umidade relativa do ar. Para o estudo do efeito da fotoativação sobre as propriedades sensoras, as amostras serão irradiadas com diferentes comprimentos de onda (UV e visível) usando LEDs comerciais. Adicionalmente, medidas "in-situ e operando" serão realizadas utilizando técnicas espectroscópicas (impedância e fotoluminescência). Estas análises permitirão compreender o papel das regiões do dispositivo envolvidas no processo de detecção do gás, bem como de possíveis modificações das propriedades eletrônicas das amostras durante a interação com o analito. (AU)