Sensor de ZnO modificado com In2O3 obtido pela combinação dos métodos spray ultrassônico e hidrotérmico assistido por micro-ondas para detecção de compostos orgânicos voláteis - Oliveira, Taís Nascimento Teixeira (2021)
O avanço na ciência e tecnologia de sensores de compostos orgânicos voláteis (VOCs) é importante para o desenvolvimento sustentável de materiais funcionais. Portanto, há uma necessidade de melhorar a sensibilidade, tempo de resposta e tempo de vida útil dos sensores. O presente trabalho estuda a influência da modificação do sensor à base de ZnO com In2O3, para detecção de VOCs. Nesse sentido, foram realizadas as seguintes sínteses: (i) síntese das estruturas puras de ZnO e (ii) síntese das heteroestruturas de In2O3/ZnO contendo In2O3 na proporção de 1, 2 e 3% em massa em relação ao ZnO. Para a síntese dos materiais, foi empregado a nebulização por spray ultrassônico em conjunto com o método hidrotérmico assistido por micro-ondas. Os materiais sintetizados foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). Por meio das imagens de MEV foi constatado que o sensor à base de ZnO apresentou uma morfologia de bastões gêmeos. Os testes de detecção de VOCs foram realizados sob ar seco e com umidade relativa (U.R.) entre 26-98%. Com os testes de detecção de VOCs, atestou-se que os sensores baseados em ZnO e nas heteroestruturas In2O3/ZnO apresentaram uma alta seletividade a trietilamina (TEA), em comparação com os demais VOCs testados: acetona, butanona, benzeno, isopropanol, etanol e metanol. Verificou-se que a formação da heteroestrutura In2O3/ZnO diminuiu a temperatura ótima de operação em 50 °C, comparando-se com o sensor contendo apenas ZnO. Ainda, foi realizado teste de sensibilidade com os bastões gêmeos de ZnO e com as heteroestruturas In2O3/ZnO, expondo-os a diferentes concentrações de TEA (1-200 ppm). Para apenas 1 ppm, as respostas alcançadas foram 2,6; 3,1; 6,2 e 3,3 para os sensores baseados em ZnO e nas heteroestruturas 1% In2O3/ZnO, 2% In2O3/ZnO e 3% In2O3/ZnO, respectivamente, mostrando que a heteroestrutura 2% In2O3/ZnO apresentou sensibilidade aprimorada à TEA. Além disso, os bastões gêmeos de ZnO e as heteroestruturas In2O3/ZnO exibiram rápida resposta para detecção de diferentes concentrações de TEA. Por fim, verificou-se que a amostra 2% In2O3/ZnO apresentou boa reprodutibilidade para detecção de 20 ppm de TEA a 350 °C e uma resposta equivalente a 21,2 para detecção de 100 ppm de TEA em atmosfera com U.R. de 98%, confirmando o desempenho aprimorado de detecção de TEA da heteroestrutura 2% In2O3/ZnO.