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Title: Ajuste do limite de detecção elétrica de compósitos condutivos para melhorar o desempenho de sensores híbridos.
Authors: Calheiro, Daniel Silva
metadata.dc.contributor.advisor: Bianchi, Rodrigo Fernando
Keywords: Detectores
Semicondutores
Nanotecnologia
Filmes finos
Polímeros
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Gil, Laurent Frédéric
Bianchi, Rodrigo Fernando
Faria, Roberto Mendonça
Citation: CALHEIRO, Daniel Silva. Ajuste do limite de detecção elétrica de compósitos condutivos para melhorar o desempenho de sensores híbridos. 2019. 115 f. Dissertação (Mestrado em Ciências – Física de Materiais) – Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: As pesquisas em eletrônica híbrida têm proporcionado importantes avanços em novos materiais, dispositivos e formas de composição e estruturas desses sistemas. Contudo, controvérsias ainda existem sobre a limitação da eficiência elétrica de materiais híbridos e seus dispositivos, tais como as relações entre a estrutura, o processamento, o design e suas propriedades. Este trabalho descreve uma abordagem prática para melhorar o desempenho elétrico de um sensor de gás de amônia cujo princípio de operação baseia-se nas mudanças de condutividade elétrica, no baixo regime de percolação e na limitação de corrente elétrica utilizando, para tanto, um sistema composto de polímero semicondutor e óxido metálico. O dispositivo foi fabricado a partir de filmes finos totalmente impressos de polianilina / nanopartículas óxido de estanho e índio - PAni100􀀀xITOx [0 x 50% (wt/wt)] depositados sobre substrato de polietileno de alta densidade. Foi verificado que a corrente elétrica do dispositivo diminui e tende a se estabilizar à medida que a concentração de gás aumenta, e o valor desse limite de corrente elétrica (IL) depende de x, ou seja, quanto maior x, menor IL. Quando a corrente que flui através do dispositivo eletrônico é dominada pelas nanopartículas de ITO preenchidas com PAni, ocorre o aumento da concentração de portadores de salto que contribui para a resposta elétrica desejada de um sensor de gás heterogêneo. Neste regime, foi encontrada uma boa dependência linear de x na concentração de amônia na faixa de 0 a 35 ppm, com limite de detecção de até 0,5 ppm e resposta rápida (< 1 min). Estas descobertas sugerem direções para futuras pesquisas sobre o desenvolvimento de sistemas heterogêneos nos quais uma variação de corrente elétrica é desejada para melhorar a sensibilidade e a estabilidade da produção escalável de sensores híbridos funcionais.
metadata.dc.description.abstracten: Research in hybrid electronics has included advances in materials, devices and architectures. However, controversy still exists on some details which limit hybrid materials to highperformance applications, such as processing-structure-design-property relations. This paper describes a practical approach to enhancing the sensing performance of an ammonia sensor based on applications of electrical conductivity changes, percolation theory, and current limitation to a system composed of semiconducting polymer-metal oxide medium. The device is based on fully-gravure printed polyaniline/indium-tin-oxide nanocomposites, PAni100􀀀xITOx [0 x 50%], layers on a freestanding substrate. We find that the electrical current of the device decreases and tends to limit as the gas concentration increases, and the value of this electrical current limit (IL) depends on x, when the current that flows through the device was dominated by ITO-nanoparticles filled PAni, which increase the concentration of hopping carriers and contribute to the desired electrical response of a heterogeneous gas sensor. We find a good linear relationship between x and ammonia concentration in the 0-35 range ppm, with a detection limit and response around 0.5 ppm and 1 min, respectively. These findings suggest the directions for future research on the development of heterogeneous systems in which an electrical current variation is desired for scalable production of hybrid sensors.
Description: Programa de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11042
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 16/04/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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