Sensores nanoestruturados compostos por nanofibras de dióxido de titânio modificadas com polímeros condutores visando monitoramento de compostos orgânicos voláteis
Ano de defesa: | 2020 |
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Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
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Resumo: | The growth of urbanization and anthropogenic activities have been increasing the emission of polluting gases in the atmosphere. Considering the high toxicity of some of these gases, it becomes necessary to develop new sensors that allow the monitoring of gases with high sensitivity, low cost and selectivity. In this scenario, the use of chemical sensors has been proven to be an efficient strategy. Ceramic and polymeric materials have been widely explored by science and industry for the development of sensors, given their interesting electrical and optical properties. However, in order to optimize and improve the performance of these devices, hybrid materials have been studied due to the synergistic effect between the constituent phases. Thus, this project proposes the development of a electronic nose sensor based on hybrid platforms of ceramic nanomaterials and conductive polymers for the monitoring of VOCs. TiO2 particles were obtained through the sol-gel synthesis route and showed spherical morphology, crystalline anatase phase, without impurities and with an average diameter of 23 ± 10 nm. The TiO2 fibers were obtained using the electrospinning technique, which showed homogeneity in the distribution, diameter of 111 ± 16 nm and length of some micrometer. Through Transmission Electron Microscopy it was noted that coalesced and compacted nanoparticles constituted the fibers’ structures. Platforms based on TiO2 nanocomposites with different concentrations of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):sulfonated polystyrene (PEDOT: PSS), polypyrrole (PPY) and polystyrene sulfonated (PSS) were produced. Films of these nanocomposites were deposited on interdigitated electrodes to make the sensing units of the electronic nose, aiming at monitoring 600 ppm acetone, 600 ppm ethanol and 160 ppm formaldehyde, through impedance spectroscopy measurements. By analyzing the e-nose performance with the aid of PCA statistical tool, it is noticed the system performed well in discriminating analytes with data variance of 97.93%, thus indicating good performance of the electronic nose for monitoring VOCs. |
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Conti, Patrick PiresCorrêa, Daniel Souzahttp://lattes.cnpq.br/0461451015026948http://lattes.cnpq.br/12982316431626992020-05-11T12:06:04Z2020-05-11T12:06:04Z2020-03-18CONTI, Patrick Pires. Sensores nanoestruturados compostos por nanofibras de dióxido de titânio modificadas com polímeros condutores visando monitoramento de compostos orgânicos voláteis. 2020. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12695.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12695The growth of urbanization and anthropogenic activities have been increasing the emission of polluting gases in the atmosphere. Considering the high toxicity of some of these gases, it becomes necessary to develop new sensors that allow the monitoring of gases with high sensitivity, low cost and selectivity. In this scenario, the use of chemical sensors has been proven to be an efficient strategy. Ceramic and polymeric materials have been widely explored by science and industry for the development of sensors, given their interesting electrical and optical properties. However, in order to optimize and improve the performance of these devices, hybrid materials have been studied due to the synergistic effect between the constituent phases. Thus, this project proposes the development of a electronic nose sensor based on hybrid platforms of ceramic nanomaterials and conductive polymers for the monitoring of VOCs. TiO2 particles were obtained through the sol-gel synthesis route and showed spherical morphology, crystalline anatase phase, without impurities and with an average diameter of 23 ± 10 nm. The TiO2 fibers were obtained using the electrospinning technique, which showed homogeneity in the distribution, diameter of 111 ± 16 nm and length of some micrometer. Through Transmission Electron Microscopy it was noted that coalesced and compacted nanoparticles constituted the fibers’ structures. Platforms based on TiO2 nanocomposites with different concentrations of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):sulfonated polystyrene (PEDOT: PSS), polypyrrole (PPY) and polystyrene sulfonated (PSS) were produced. Films of these nanocomposites were deposited on interdigitated electrodes to make the sensing units of the electronic nose, aiming at monitoring 600 ppm acetone, 600 ppm ethanol and 160 ppm formaldehyde, through impedance spectroscopy measurements. By analyzing the e-nose performance with the aid of PCA statistical tool, it is noticed the system performed well in discriminating analytes with data variance of 97.93%, thus indicating good performance of the electronic nose for monitoring VOCs.O aumento da urbanização e de atividades antrópicas têm aumentado a emissão de gases poluentes na atmosfera. Considerando a elevada toxicidade de alguns desses gases, faz-se necessário o desenvolvimento de novos sensores que permitam o monitoramento de gases com alta sensibilidade, baixo custo e seletividade. Nesse cenário, a utilização de sensores químicos tem se apresentado como uma estratégia eficiente. Materiais cerâmicos e poliméricos têm sido amplamente explorados pela ciência e indústria no desenvolvimento de sensores, visto suas interessantes propriedades elétricas e ópticas. Entretanto, com intuito de otimizar e aprimorar o desempenho desses dispositivos, materiais híbridos vêm sendo estudados devido ao efeito sinérgico entre as fases constituintes. Desta forma, este projeto propõe o desenvolvimento de um sensor, do tipo nariz eletrônico, baseado em plataformas híbridas de nanomateriais cerâmicos e polímeros condutores para o monitoramento de VOCs. As partículas de TiO2 foram obtidas através da rota de síntese sol-gel e apresentaram morfologia esférica, na fase cristalina anatase, sem impurezas e com diâmetro médio de 23 ± 10 nm. As fibras de TiO2 foram obtidas empregando-se a técnica de eletrofiação e apresentaram homogeneidade na distribuição das estruturas, diâmetro de 111 ± 16 nm e comprimento de alguns micrômetros. Através da Microscopia Eletrônica de Transmissão notou-se que nanopartículas coalescidas e compactadas constituíam as estruturas das fibras obtidas. Foram preparadas plataformas baseadas em nanocompósitos de TiO2 com diferentes concentrações de poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poliestireno sulfonado (PEDOT:PSS), polipirrol (PPY) e poliestireno sulfonado (PSS). Filmes desses nanocompósitos foram depositados em eletrodos interdigitados para confecção de unidades sensoriais do nariz eletrônico, objetivando o monitoramento de 600 ppm de acetona, 600 ppm de etanol e 160 ppm de formaldeído, através de medidas de espectroscopia de impedância. Analisando-se o desempenho do nariz, através da ferramenta estatística PCA, percebe-se que o sistema apresentou bom desempenho na discriminação dos analitos com variância dos dados de 97,93%, indicando assim, bom desempenho do nariz eletrônico no monitoramento dos VOCs.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPESP: 2018/08012-1BEPE-FAPESP 2019/10885-6porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessNariz eletrônicoCompostos orgânicos voláteisÓxido de titânioSensoresPolímeros condutoresCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICACIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICASensores nanoestruturados compostos por nanofibras de dióxido de titânio modificadas com polímeros condutores visando monitoramento de compostos orgânicos voláteisNanostructured sensors composed of titanium dioxide nanofibers modified with conductive polymers for monitoring volatile organic compoundsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALFINAL-DISSERTAÇÃO-PATRICK-PIRES-CONTI.pdfFINAL-DISSERTAÇÃO-PATRICK-PIRES-CONTI.pdfDissertação de mestradoapplication/pdf2902733https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12695/1/FINAL-DISSERTA%c3%87%c3%83O-PATRICK-PIRES-CONTI.pdf7797e9be838cc0709b64fe7d7cca7c6bMD51Carta Comprovante_versão final tese.pdfCarta Comprovante_versão final tese.pdfCarta do orientador atestando conhecimentoapplication/pdf410517https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12695/2/Carta%20Comprovante_vers%c3%a3o%20final%20tese.pdf6a6f200ff55c7a505e4dd7bddd4c3f5aMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12695/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTFINAL-DISSERTAÇÃO-PATRICK-PIRES-CONTI.pdf.txtFINAL-DISSERTAÇÃO-PATRICK-PIRES-CONTI.pdf.txtExtracted texttext/plain121941https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12695/4/FINAL-DISSERTA%c3%87%c3%83O-PATRICK-PIRES-CONTI.pdf.txt241c6e5306cd194fd57cecd737fa753dMD54Carta Comprovante_versão final tese.pdf.txtCarta Comprovante_versão final tese.pdf.txtExtracted texttext/plain1469https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12695/6/Carta%20Comprovante_vers%c3%a3o%20final%20tese.pdf.txt996e7d6baa63e30da9cbda66dea7e585MD56THUMBNAILFINAL-DISSERTAÇÃO-PATRICK-PIRES-CONTI.pdf.jpgFINAL-DISSERTAÇÃO-PATRICK-PIRES-CONTI.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10315https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12695/5/FINAL-DISSERTA%c3%87%c3%83O-PATRICK-PIRES-CONTI.pdf.jpgaa2a8926736cfbe75f462b2fb0405da8MD55Carta Comprovante_versão final tese.pdf.jpgCarta Comprovante_versão final tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg11026https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/12695/7/Carta%20Comprovante_vers%c3%a3o%20final%20tese.pdf.jpgb5cba27baeb0068e6472d30ebda6dea3MD57ufscar/126952020-07-08 22:02:22.961oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/12695Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T12:59:10.338745Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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