Estudo do efeito da morfologia do ZnO e da formação de heteroestruturas entre o ZnO (tipo n) e o NiO (tipo p) na detecção de gases tóxicos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Tagliaferro, Julia Coelho
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: gas sensors; heterojunção; heterojunction; NiO; sensores de gases tóxicos; ZnO
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-08022024-160445/

A detecção de diferentes tipos de gases e vapores tóxicos tem se tornado cada vez mais importante para a segurança ambiental e humana. Emissões industriais e automotivas de gases como monóxido de carbono (CO), ozônio (O3), dióxido de nitrogênio (NO2) e amônia (NH3) representam risco mesmo a baixas concentrações e tempos curtos de exposição, portanto, a fim de detectar estes gases de forma rápida e eficiente, é importante o desenvolvimento de sensores que apresentem um rápido tempo de resposta e capacidade de detecção de baixas concentrações destes gases de forma seletiva. Dentre os materiais estudados para esta finalidade, encontram-se os óxidos metálicos semicondutores (SMO), que apresentam baixos tempos de resposta e alta sensibilidade a diferentes gases, além de apresentarem um relativo baixo custo e facilidade de preparação. Entretanto, os SMO apresentam uma baixa seletividade e uma alta temperatura de operação (150-400 °C). Estas propriedades podem ser melhoradas através de mudanças na morfologia, pela dopagem ou pela formação de heterojunções entre dois ou mais diferentes materiais. Dentre os SMOs, o ZnO tem sido amplamente estudado devido às suas propriedades elétricas e térmicas, baixo custo e facilidade na síntese em diferentes morfologias. Neste trabalho, amostras de ZnO apresentando duas diferentes morfologias foram sintetizadas por meio do método de precipitação controlada, denominadas \"agulhas\" (AG) e \"donuts\" (DN). Posteriormente, ambas as amostras foram submetidas a um processo hidrotérmico para a formação do óxido de níquel (NiO) sobre as partículas de ZnO, formando assim uma heteroestrutura. As amostras foram submetidas a caracterização estrutural, morfológica e composicional, e em seguida foram realizados testes de sensibilidade aos gases O3, NO2, CO e NH3 para três diferentes temperaturas. A amostra de morfologia DN apresentou os melhores resultados de resposta em relação à AG para medidas realizadas com os gases O3 e NO2, enquanto a amostra de morfologia AG apresentou os melhores resultados de resposta em relação à morfologia DN para os gases CO e NH3. A formação de uma heterojunção entre o ZnO e o NiO levou a um aumento da seletividade para a amostra de morfologia DN, sendo esta sensível apenas ao gás NO2. A formação de uma heteroestrutura entre a amostra AG-ZnO e o NiO levou a um aumento da resposta em relação ao gás O3. Ambas as amostras heteroestruturadas não apresentaram sensibilidade aos gases redutores.