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Previous issue date: 2012-05-31 / Universidade Federal de Minas Gerais / The great interest to develop microcantilevers sensors is due to several desirable properties, in particular the ability to adjust the size and structure, thus increasing the perspectives for the construction of new sensor systems. In this work, we developed functionalized microcantilever sensors with conducting polymers to detect relative humidity, volatile organic compounds and insect pheromones. The development was based on a systematic investigation, since the polymer synthesis and the film formation until the sensing step. For this purpose, we studied two treatments to clean the microcantilevers surfaces (plasma and piranha solution). Also, appropriate ways for the sensors functionalization were evaluated, using spin-coating and thermoelastic probe techniques. The polyaniline solutions were obtained by the in-situ and interfacial synthesis. This way, the doping, morphology and the polymer structure have been investigated by the AFM, UV-Vis, FTIR, diffraction and FE-SEM techniques, and likewise the film properties. It allowed us to optimize the preparation conditions of the polyaniline films on the surface of the microcantilevers sensors to detect relative humidity and volatiles. Also, it was possible to develop sensors with polyaniline thin films, capable to detect 1 ppmv of relative humidity, and this shows that they can be used to measure large limits of detection. Moreover, the functionalized microcantilevers sensors showed a fast response time, repeatability over several cycles and exhibited lifetime longer than 6 months. The coated microcantilevers sensors showed an excellent response to the volatile organic compounds (VOCs), indicating that the sensitive layer was xiv appropriate for detection of these volatiles. The sensitivity of these sensors at VOCs increased with the polarity, thus the methanol compound showed the greatest sensitivity. It was possible to detect and evaluate different concentrations of the pheromone 2-heptanone, at different temperatures. The microcantilever sensors response not only showed an excellent sensitivity, but also a fast response time. It was observed an excellent response to deflection of the microcantilever sensors when exposed to volatile during the banana ripeness. / O grande interesse em desenvolver sensores de microcantilevers é devido às várias propriedades desejáveis, em particular a capacidade de adaptar o tamanho e a estrutura, aumentando, dessa forma, as perspectivas para a construção de novos sistemas de sensoriamento. Neste trabalho foram desenvolvidos nanossensores de microcantilever funcionalizados com polianilina, no estado de oxidação esmeraldina, para detecção de umidade relativa, de compostos orgânicos voláteis e, potenciais aplicações para detecção de feromônios de insetos e no amadurecimento de frutas. Para isso, o desenvolvimento se baseou em uma investigação sistemática, desde a síntese do polímero e a formação de filmes até a etapa de sensoriamento. Para tal, foram estudados dois tratamentos de limpeza das superfícies dos microcantilevers, o plasma e a solução piranha . Também foram avaliadas maneiras adequadas para a funcionalização dos sensores, empregando as técnicas de spin-coating, in-situ e sonda termoelástica à partir de soluções de polianilina obtidas pelas sínteses interfacial e in-situ, para a deposição de um filme fino em somente um lado da superfície do microcantilever. Dessa forma, a dopagem, cristalinidade e estrutura do polímero foram investigadas por meio das técnicas de UV-Vis, FTIR, difratometria e FE-MEV e, por conseguinte, as propriedades dos filmes. Estes estudos permitiram aperfeiçoar as condições de preparação dos filmes de polianilina sobre a superfície dos sensores de microcantilevers, para detecção de umidade relativa (%) e compostos orgânicos voláteis (COVs). Foi possível desenvolver sensores com filmes finos de polianilina, capazes de detectar umidade relativa até 1 ppmv, indicando, portanto, que os sensores xii desenvolvidos podem ser usados para medir grandes limites de detecção. Além disso, os sensores de microcantilevers funcionalizados apresentaram um tempo de resposta rápido, foram repetitivos a vários ciclos e apresentaram uma durabilidade maior que 6 meses. Os sensores de microcantilevers funcionalizados apresentaram uma excelente reposta aos COVs, indicando que a camada sensitiva foi adequada para detecção desses voláteis. A sensitividade dos sensores de microcantilever funcionalizados aos COVs aumentou com o aumento da polaridade do volátil, assim o composto que apresentou maior sensitividade foi o metanol. Foi possível avaliar e detectar diferentes concentrações do feromônio 2- heptanona em diferentes temperaturas. Os sensores mostraram uma excelente sensitividade e um tempo de resposta rápido. Foi observada uma excelente resposta de deflexão dos sensores de microcantilever quando expostos aos voláteis, durante o amadurecimento da banana.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/259 |
| Date | 31 May 2012 |
| Creators | Steffens, Clarice |
| Contributors | Herrmann Júnior, Paulo Sérgio de Paula |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Biotecnologia, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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