Nanotubos de titanatos aplicados como sensores de gás

Neste trabalho é investigada a utilização de nanotubos de titanatos de sódio e/ou hidrogênio (TNTs) como sensores de gás. Os TNTs foram sintetizados a partir do refluxo de uma suspensão de TiO2 (fase anatase) em solução aquosa de NaOH (10 M) por 24 hr, seguido de lavagem com água para neutralização....

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2009
Main Author: Diego Carvalho Barbosa Alves
Orientador/a: Andre Santarosa Ferlauto
Banca: Jose Francisco de Sampaio, Bernardo Ruegger Almeida Neves, Jose Marcos Andrade Figueiredo
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal de Minas Gerais
Assuntos em Português:
Online Access:http://hdl.handle.net/1843/ESCZ-7YSHD5
Resumo Português:Neste trabalho é investigada a utilização de nanotubos de titanatos de sódio e/ou hidrogênio (TNTs) como sensores de gás. Os TNTs foram sintetizados a partir do refluxo de uma suspensão de TiO2 (fase anatase) em solução aquosa de NaOH (10 M) por 24 hr, seguido de lavagem com água para neutralização. Medidas de difração de raios X e microscopias eletrônica de varredura e transmissão revelaram que o material produzido é o trititanato de sódio (Na2Ti3O7) e que sua morfologia consiste de um emaranhado de estruturas filamentares em forma de tubo. Filmes de TNT foram preparados pela técnica de tape casting utilizando-se como pasta precursora uma mistura de TNTs com um aglutinante polimérico (fluoreto de polivinilideno) dissolvido em dimetilformamida. Foi realizado um estudo sistemático da resposta elétrica de dispositivos formados por filmes de TNT (espessura de ~ 70 m) depositados sobre wafers de silício oxidado com contatos interdigitados. Os dispositivos foram medidos sob atmosfera de H2 diluído em N2 em diferentes concentrações (100 à 5000 ppm) e em temperaturas de 20 à 250 ºC. Para permitir a realização deste estudo foram implementadas diversas melhorias no aparato de medida previamente existente. Os sensores apresentaram um desempenho bastante promissor com boa sensibilidade, estabilidade e reprodutibilidade. Um resultado interessante é que a maior sensibilidade medida foi ~ 25 ºC. Para 100 ppm, um valor de sensibilidade de mais de 20 % foi encontrado. A sensibilidade dos filmes varia de maneira peculiar com a temperatura, com um máximo de ~ 25 ºC e outro a cerca de 150 a 180 ºC. A análise da dependência da condutividade dos filmes com a temperatura sugere que dois tipos de transporte elétrico ocorrem nos filmes. Para temperaturas (T) maiores que 100 ºC, observa-se um transporte termicamente ativado (energia de ativação de 0,56 eV ) que pode ser atribuído a condução eletrônica. Para T < 100 ºC, a condutividade é influenciada pela fisisorção de moléculas de H2O na superfície dos TNT, sugerindo que um transporte do tipo protônico está prevalecendo.
In this work, the application of titanate nanotubes (TNTs) as gas sensors is investigated. TNTs were synthesized by refluxing a TiO2 (anatase) suspension in an aqueous NaOH (10 M) solution for 24hr, followed by washing with water until neutralization. Characterization by X-ray diffraction and scanning and transmission electron microscopiesrevealed that the produced material is sodium trititanate (Na2Ti3O7) and that its morphology consists of entangled tubular filaments. TNT films were prepared by tape casting by using a mixture of TNT with a polymeric binder (polyvinylidene fluoride) and dimethylformamide. A systematic study of the electrical response of devices made by TNT films depositedover Si/SiO2 wafers with interdigitated contacts was performed. The devices were measured in atmosphere of H2 diluted in N2, with concentration ranging from 100 to 5000 ppm, and at temperatures ranging from 20 to 250ºC. In order to enable this study, severalimprovements in the measuring apparatus were implemented. The sensors presented a very promissing performance, showing good sensibility, stability and reproducibility. An interesting result is that the largest sensitivity was observed at ~ 25ºC. For 100 ppm a value of 20% for the sensitivity was obtained. The films sensitivity shows a peculiar dependence on temperature, presenting one maximum at 25ºCand a second one at 150-180ºC. The analysis of the temperature dependence of the film condutivity suggests that two kinds of electrical transport ocurr. For temperatures (T) higher than 100ºC, a thermally activated electronic transport is dominant (activationenergy: 0.56 eV). For T < 100ºC, the conductivity seems to be influenced by the presence of water moluces physisorbed at the surface, suggesting that protonic transport is dominant at low T. Such change in the conduction mechanism might be associated with the variations on the TNT film sensitivity with T