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Título: Nanotubos de carbono decorados com óxido de ferro aplicados a sensores de gás
Título(s) alternativo(s): Composite iron oxide and carbon nanotubes applied to gas sensors
Autor(es): Cardoso, Eliton Ricardo
Orientador(es): Cava, Carlos Eduardo
Palavras-chave: Detectores
Hidrogênio
Nanotubos
Compostos de ferro
Detectors
Hydrogen
Nanotubes
Iron compounds
Data do documento: 12-Nov-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Citação: CARDOSO, Eliton Ricardo. Nanotubos de carbono decorados com óxido de ferro aplicados a sensores de gás. 2018. 98 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2018.
Resumo: O estudo de sensores do gás hidrogênio (H2) surge da necessidade de monitorar-se tal gás de ampla utilização nas indústrias e processos de monitoramento ambiental. Assim, sensores de H2 são necessários pois este gás tem baixo peso molecular, pode causar explosões por ser inodoro, incolor e insípido. Deste modo, neste trabalho é apresentado um estudo sobre dispositivos baseados em sensores de gás fabricados a partir de nanotubos de carbono (CNT) funcionalizados com óxido de ferro e também CNTs modificados via tratamento térmico e ataque químico. Assim, foi desenvolvido um sistema de caracterização de sensores de gás, com o objetivo de estudar o processo de adsorção e morfologia destes materiais, sendo o CNT, CNT tratado termicamente e quimicamente, o óxido de ferro e materiais funcionalizados, isto é, CNT decorado com óxido de ferro nas seguintes proporções, 4000:1, 2000:1 e 1000:1 respectivamente. Para a caracterização estrutural e morfológica, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia de Infravermelho e Perfilometria dos materiais utilizados na camada ativa do sensor. Todos os materiais foram depositados sobre eletrodos interdigitados utilizando a técnica de spray e as propriedades elétricas foram analisadas na presença do gás estudado. O material que apresentou a maior resposta ao gás (R = 115,0%), foi a amostra na menor proporção de ferro 4000:1 CNT/Fe(NO3)39H2O. O menor tempo de resposta médio, foi observado no CNT tratado quimicamente (52,3 segundos) e o menor tempo de recuperação médio (145,6 segundos) na amostra com proporção intermediaria 2000:1 CNT/Fe(NO3)39H2O. Dessa forma verificou-se que a amostra que exibiu o melhor desempenho foi aquela com menor proporção de óxido de ferro, sendo a melhor composição da mistura CNT/óxido de ferro para o monitoramento do H2 em meio ao ar. A temperatura de avaliação das medidas de resposta do sensor foi a 160ºC.
Abstract: The study of hydrogen gas sensors (H2) arises from the need to monitor such gas of wide use in the industries and processes of environmental monitoring. Thus, H2 sensors are required because this gas has a low molecular weight, can cause explosions because it is odorless, colorless and tasteless. Thus, in this work, a study is presented on devices based on gas sensors made from carbon nanotubes (CNT) functionalized with iron oxide and also CNTs modified by thermal treatment and chemical attack. Thus, a gas sensor characterization system was developed with the objective of studying the adsorption process and morphology of these materials, the CNT, CNT being chemically and thermally treated, iron oxide and functionalized materials, that is, CNT decorated with iron oxide in the following proportions, 4000:1, 2000:1 and 1000:1 respectively. For the structural and morphological characterization, analyzes were performed by Scanning Electron Microscopy, Infrared Spectroscopy and Profiometry of the materials used in the active layer of the sensor. All materials were deposited on interdigitated electrodes using the spray technique and the electrical properties were analyzed in the presence of the studied gas. The material that presented the highest gas response (R = 115.0%) was the sample with the lowest iron 4000:1 CNT /Fe(NO3)39H2O ratio. The lowest mean response time was observed in the chemically treated CNT (52.3 seconds) and the lowest average recovery time (145.6 seconds) in the 2000:1 CNT /Fe(NO3)39H2O intermediate sample. In this way, it was verified that the sample that exhibited the best performance was the one with the lowest proportion of iron oxide, and the best composition of the CNT / iron oxide mixture was used for the monitoring of H2 in the medium. The temperature of evaluation of the measurements of the response of the sensor was at 160ºC.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3898
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