Nanofios de SnO2: estudo e caracterização de dispositivos sensores de ozônio

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Ribeiro, Simone Macêdo
Orientador(a): Chiquito, Adenilson José lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Física - PPGF
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/21602
Resumo: This work involves the production, characterization and optimization of electronic devices based on SnO2 nanowires in order to study the electronic transport and ozone detection properties of these devices. The surfaces of SnO2 nanowires are responsible for giving the material sensing qualities for different chemical species, such as ozone. This work investigated the electronic properties of devices based on a single nanowire and a network of nanowires and their responses when subjected to different environments in which the exposure time and the amount of the gas of interest at room temperature were controlled. The SnO2 samples were characterized using electron microscopy images which showed the formation of randomly distributed nanowires on the growth substrates with lengths in the order of tens to hundreds of micrometres and typical widths between tens of nanometres and micrometres. X-ray diffraction patterns confirmed the SnO2 isomorphous phase with tetragonal symmetry, rutile type and P42/mnm space group for all samples. Transport experiments were conducted to analyze the transport mechanisms: Thermal activation (high temperatures) and Variable Range Hopping (low temperatures) were observed. The results, in terms of ozone detection, showed that the response time to exposure to the gas at room temperature was fast (t<2 min) compared to literature data, as well as demonstrating high detection sensitivity. In order to optimize the device's gain, illuminating the devices with Ultraviolet Light proved to be very effective in the process of “cleaning” the sensors after each ozone exposure cycle. In comparison with data from the literature, the devices developed here demonstrate great efficiency when working at room temperature, with expressive responses and high reproducibility for ozone concentrations in the order of hundreds of ppb. In addition, the process for manufacturing the samples and devices is low-cost and easily scalable.
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This work investigated the electronic properties of devices based on a single nanowire and a network of nanowires and their responses when subjected to different environments in which the exposure time and the amount of the gas of interest at room temperature were controlled. The SnO2 samples were characterized using electron microscopy images which showed the formation of randomly distributed nanowires on the growth substrates with lengths in the order of tens to hundreds of micrometres and typical widths between tens of nanometres and micrometres. X-ray diffraction patterns confirmed the SnO2 isomorphous phase with tetragonal symmetry, rutile type and P42/mnm space group for all samples. Transport experiments were conducted to analyze the transport mechanisms: Thermal activation (high temperatures) and Variable Range Hopping (low temperatures) were observed. The results, in terms of ozone detection, showed that the response time to exposure to the gas at room temperature was fast (t<2 min) compared to literature data, as well as demonstrating high detection sensitivity. In order to optimize the device's gain, illuminating the devices with Ultraviolet Light proved to be very effective in the process of “cleaning” the sensors after each ozone exposure cycle. In comparison with data from the literature, the devices developed here demonstrate great efficiency when working at room temperature, with expressive responses and high reproducibility for ozone concentrations in the order of hundreds of ppb. In addition, the process for manufacturing the samples and devices is low-cost and easily scalable.Este trabalho envolve a produção, caracterização e otimização de dispositivos eletrônicos baseados em nanofios de SnO2 visando o estudo das propriedades de transporte eletrônico e de detecção de ozônio nestes dispositivos. As superfícies dos nanofios de SnO2 são as responsáveis por conferir ao material qualidades de sensoriamento de diferentes espécies químicas como o ozônio. Neste trabalho foram investigadas as propriedades eletrônicas de dispositivos baseados em um único nanofio e rede de nanofios e suas respostas quando submetidos a diferentes ambientes nos quais foram controlados o tempo de exposição e a quantidade do gás de interesse em temperatura ambiente. As amostras de SnO2 foram caracterizadas usando-se imagens de microscopia eletrônica as quais mostraram a formação de nanofios distribuídos aleatoriamente sobre os substratos de crescimento com comprimentos da ordem de dezenas a centenas de micrômetros e larguras típicas entre dezenas de nanômetros até micrômetros. Os padrões de difração de raios-X confirmaram a fase isomorfa ao SnO2 com simetria tetragonal, do tipo rutila e grupo espacial P42/mnm para todas as amostras. Experimentos de transporte foram conduzidos para analisar os mecanismos de transporte: foram observados os mecanismos de Ativação térmica (altas temperaturas) e Hopping de alcance variável (baixas temperaturas). Os resultados, quanto à detecção de ozônio, mostraram que o tempo de resposta à exposição ao gás em temperatura ambiente foi rápida (t<2 min) em comparação com dados da literatura, além de demonstrar alta sensibilidade de detecção. Para otimizar o ganho do dispositivo, a iluminação dos dispositivos com Luz Ultravioleta se mostrou muito eficaz no processo de “limpeza” dos sensores após cada ciclo de exposição ao ozônio. Em comparação com dados da literatura, os dispositivos aqui desenvolvidos demonstram grande eficácia ao trabalhar em temperatura ambiente, com respostas expressivas e com alta reprodutibilidade para concentração de ozônio da ordem de centenas de ppb. Além disso, o processo para a fabricação das amostras e dispositivos é de baixo custo e facilmente escalável.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.824835/2023-00 do Programa DS (Programa de Demanda Social)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessTin dioxideNanowiresOzoneDevicesSensorsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::TRANSP.ELETRONICOS E PROP. ELETRICAS DE SUPERFICIES;INTERFACES E PELICULASCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::SUPERFICIES E INTERFACES; PELICULAS E FILAMENTOSDióxido de EstanhoNanofiosOzônioDispositivosSensoresNanofios de SnO2: estudo e caracterização de dispositivos sensores de ozônioSnO2 nanowires: study and characterization of ozone sensor devicesNanocables de SnO2: estudio y caracterización de dispositivos sensores de ozonoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTDissertação FINAL.pdf.txtDissertação FINAL.pdf.txtExtracted texttext/plain103836https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7b650194-243f-4186-b88a-032770b1ef71/downloadaa210e91dee45f46afd53b608d1e271fMD55falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação FINAL.pdf.jpgDissertação FINAL.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3537https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/11868d08-d8b4-411c-aec6-3d3f162ee7d2/downloadea0e1da114a051267bee375640ec67d7MD56falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7fb22335-7084-4352-8b4a-42ba968f42fd/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD54falseAnonymousREADORIGINALDissertação FINAL.pdfDissertação FINAL.pdfapplication/pdf2468490https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/459fbf95-91ef-4f9e-8730-c4e7b6ddb4e2/download49f342fe13536c2b5074777de47d3c90MD51trueAnonymousREAD20.500.14289/216022025-03-20 00:01:24.266http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21602https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-03-20T03:01:24Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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