Submitted by Mateus Gallucci Masteghin (mgmasteghin@gmail.com) on 2018-06-26T11:25:57Z No. of bitstreams: 1 masteghin_mg_me_araiq_int.pdf: 9325879 bytes, checksum: ad179c16b4a7ebea4933249a05a03ba1 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2018-06-28T17:19:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 masteghin_mg_me_araiq_int.pdf: 9325879 bytes, checksum: ad179c16b4a7ebea4933249a05a03ba1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-28T17:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 masteghin_mg_me_araiq_int.pdf: 9325879 bytes, checksum: ad179c16b4a7ebea4933249a05a03ba1 (MD5) Previous issue date: 2018-06-06 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nesse trabalho, realizou-se um estudo a fim de compreender os mecanismos de transporte e as interações gás-sólido que ocorrem na superfície de nanoestruturas de SnO, Sn3O4 e SnO2, preparadas em diferentes dispositivos. Com o objetivo de se obter uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos, optou-se por estudar, individualmente e coletivamente (única e mútiplas), as nanofitas de cada uma das três composições, sendo que o primeiro método permite descartar interferências extrínsecas, analisando-se apenas os mecanismos intrínsecos de condução nas nanoestruturas, sem a presença de barreiras de potencias geradas pelo contato semicondutor/semicondutor e, na maioria dos casos, sem o possível contato não-ôhmico metal/semicondutor. Para isso, os materiais foram sintetizados pelo método de redução carbotérmica e, posteriormente, foram caracterizados por DRX, Raman, UV-Vis e MEV-FEG para confirmar a eficácia da síntese, parte fundamental para a obtenção de resultados confiáveis. Os materiais também foram caracterizados em relação à sua resposta como sensor de gás na presença de gases oxidantes e redutores (por exemplo, NO2 e CO) em baixas concentrações (na escala de ppm) e em temperaturas de trabalho entre 100 °C e 350°C, sendo que para atingir tais temperaturas utilizou-se o método convencional de aquecimento e o método de self-heating, sendo o último promissor por não necessitar de fonte externa para realizar o aquecimento, gerando economia de energia e possibilitando maior mobilidade na detecção de vazamentos. As principais novidades deste trabalho são a caracterização individual de nanofitas de Sn3O4 e des micro-discos de SnO como sensor de gás, o estudo da resposta sensora de nanofitas de mesma composição química com diferentes diâmetros (em nano escala), permitindo o cálculo da camada de depleção (comprimento de Debye) para cada estequiometria, e na escolha do método self-heating de aquecimento para o estudo sensor das estruturas de SnO e Sn3O4. Para realizar esses estudos, fabricou-se dispositivos individuais utilizando trilhas interdigitais e eletrodos específicos em um equipamento de feixe duplo (Focused Ion Beam - FIB) equipado para realizar litografia eletrônica. Deste modo, a principal contribuição do trabalho para a literatura será o estudo das interações sólido-gás em materiais termodinamicamente instáveis (SnO e Sn3O4), no estudo de como o gás analito influencia na espessura da camada de depressão (indiretamente, nas propriedades sensoras) e na utilização de um novo método de sensoriamento de gás (self-heating) para estes materiais. Ao final, espera-se que todo este estudo permita o desenvolvimento de materiais sensores com elevada sensibilidade, seletividade, rápido tempo de resposta e capacidade de miniaturização, sendo essa última característica muito importante quando almeja-se futuras aplicações práticas desse material em dispositivos eletrônicos portáteis. / In the following work, it was carried out a study in order to understand the transport mechanisms and the gas-solid interactions that occur on the surface of SnO, Sn3O4, and SnO2 nanostructures, made-up over different devices. As the main goal of a better understanding regarding involved interaction phenomena, it was chosen to study the nanostructures individually (single-element devices) and as multiple structures (carpet mode devices), in which the former allows to discard extrinsic interferences, such as potential Schottky-type barriers as a result of the semiconductor/semiconductor contact, and in the most of the cases when dealing with single-element devices, without the possible metal/semiconductor non-ohmic contact. Thus, the materials were synthesized by the carbothermal reduction method and characterized by XRD, Raman Spectroscopy, UV-Vis light measurements, and SEM-FEG. The materials were investigated as gas sensors, using oxidizing and reducing gases (such as NO2 and CO) in low concentration levels (ppm), and with working temperatures ranging from 100 °C to 300 °C. These working temperatures were reached using the conventional heating and the self-heating methods, the latter being advantageous for not requiring an external source to the heating, resulting in low dissipated power and allowing higher mobility when seeking for in-situ leakage detections. The highlighted contributions from this work are the Sn3O4 nanobelts and SnO micro-disks characterization as single-element gas sensor devices and the study of different diameters of the same material (nanobelts with same oxidation state), that allowed to calculate the depletion layer length (Debye length) for each stoichiometry; besides the use of the self-heating method in the gas sensor study of SnO and Sn3O4. In the end, the author wishes that all the study performed allows the development of gas sensor devices with high sensitivity, selectivity, fast response and recovery times, and the miniaturization capability. / FAPESP: 2015/21033-0 & BEPE-FAPESP: 2017/12870-0

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-10-28T19:04:13Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Miguel Garcia Cardoso - 2014.pdf: 3179587 bytes, checksum: 5d358a40aa90ef1768cbb11668a1a1db (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-29T10:25:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Miguel Garcia Cardoso - 2014.pdf: 3179587 bytes, checksum: 5d358a40aa90ef1768cbb11668a1a1db (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-29T10:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Miguel Garcia Cardoso - 2014.pdf: 3179587 bytes, checksum: 5d358a40aa90ef1768cbb11668a1a1db (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-12-12 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This current study describes the development of alternative technologies for the fabrication of microfluidic paper-based analytical devices (μPADs). The first technology refers to the manufacturing of a metal stamp for rapid prototyping of μPADs. Basically, the method uses the heating process to transfer wax to the paper surface. The wax is required to create a hydrophobic barriers thus delimiting microfluidic channels for the fluid transport through lateral flow effect. Some remarkable advantages of the metal stamping process include robustness, portability and simplicity. Paraffin is a hydrophobic and thermoplastic material that can be easily molded. Furthermore, it shows high chemical resistance when exposed to different aqueous and organic solutions. The stamping-based technology allows the fabrication of μPADs at very low cost. The proposed approach exhibited great reproducibility. The relative standard deviation (RSD) for the channel widths measured on 50 independent μPADs revealed a value of 3.5%. The analytical performance of the paper-based device associated with colorimetric detection was tested for the nitrite analysis in clinical, food and environmental samples. The limit of detection (LD) nitrite assays without preconcentration was 11.3 μM. In order to access the nitrite concentration in environmental samples, a preconcentration method was developed allowing to achieve a LD of 5.6 μM. The results obtained were compared to the spectrophotometric technique and the statistical test demonstrated no significant difference between both methodologies. The stamping process have demonstrated high potential to produce μPADs in laboratories with none or minimal instrumentation. Besides the stamping process, another fabrication approach based on the spraying of white glue mixed with a sensitizing agent was also proposed to produce μPADs. To create effective hydrophobic barriers, the white glue was first sprayed on the paper surface though a magnetic mask. Afterwards, the device was exposed to visible light for polymerization of the glue. In order to evaluate the fabrication methodology, 25 devices were produced and the RSD value achieved for the channel widths was 5.7%. The analytical feasibility of the μPADs fabricated with white glue was successfully demonstrated for qualitative assays dedicated to urinalysis (glucose, uric acid, nitrite, pH, BSA, urea, ketones bodies and bilirubin) and pancreatitis assay (amylase and lipase). Both alternative methods based on stamping and spraying has exhibited great potential to be used for production in mass. Moreover, the proposed devices revealed high potential to be broadly explored in biological/clinical, food and environmental applications. / O presente trabalho descreve o desenvolvimento de tecnologias alternativas para fabricação de dispositivos microfluídicos em papel. A primeira tecnologia se refere à confecção de um carimbo metálico para prototipagem de dispositivos microfluídicos em papel. Basicamente, a metodologia baseiase na transferência de parafina para a superfície do papel por um processo de aquecimento. O uso da parafina faz-se necessário para criação da barreira hidrofóbica, no qual delimita canais microfluídicos para o transporte do fluido através do fluxo lateral. As vantagens em utilizar o carimbo estão entre a facilidade de manuseio, a robutez e a portabilidade. Em relação ao uso da parafina, destaca-se como sendo um agente hidrofóbico e termoplástico, que pode ser facilmente moldado, além de ser um material altamente resistente a diferentes compostos químicos. A combinação do uso desses dois materiais, carimbo e parafina, possibilitou a fabricação rápida e barata dos dispositivos microfluídicos à base de papel (μPADs). Para avaliar o desempenho do processo de carimbagem foram fabricados 50 dispositivos no qual o desvio padrão relativo (DPR) encontrado para a largura do canal foi de 3,5%. O desempenho analítico dos μPADs associado a detecção colorimétrica foi avaliado na análise de nitrito em amostras clínicas, alimentícias e ambientais. O limite de detecção da análise de nitrito sem etapa de pré-concentração foi de 11,3 μM, para a análise de amostras ambientais foi desenvolvido uma etapa de pré-concentração, onde foi obtido um limite de detecção de 5,6 μM. Os resultados obtidos foram comparados à técnica de espectrofotometria e o teste estatístico demonstrou que não existe diferença significativa entre os dois métodos. O método de carimbagem demonstrou potencialidade para fabricação dos μPADs em laboratórios com recursos limitados, pois exige um mínimo de instrumentação. Além do processo de carimbagem, uma outra metodologia, também de baixo custo, foi explorada para fabricação dos μPADs. Essa medologia consiste no jateamente de cola branca misturada a um agente sensibilizante serigráfico para fabricação da barreira hidrofóbica. Basicamente, o processo consiste em jatear essa mistura sobre o substrato de papel que foi fixada a uma máscara magnética. Após o jateamento, o dispositivo foi exposto à radiação visível para polimerização da cola e obtenção das barreiras hidrofóbicas. A reprodutibilidade da largura dos canais foi avaliado em 25 microdispositivos e DPR encontrado foi de 5,7%. A potencialidade dos μPADs fabricados por essa metodologia foi avaliada na aplicação em teste para urinálise (glicose, ácido úrico, bilirrubina, nitrito, pH, albumina, ureia e corpos cetônicos) e pancreatite (amilase e lipase). Os dois métodos alternativos de fabricação apresentaram-se viáveis para fabricação dos μPADs e com grande potencialidade para produção em escala industrial. Além disso, demonstraram-se aplicáveis para análise biológicas, alimentícias e ambientais.