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Previous issue date: 2013-04-18 / In this project we studied the porous anodic alumina as a possible application in gas sensors with high sensitivity. Initially we seek a configuration of anodic porous alumina (PA) and the type of gas or vapor in which both matched with great sensitivity by observing the photoluminescence of this material. Furthermore we sought to understand the mechanism of detecting the substance to a broader reach and optimizing the use of alumina sensor. A manufacturing already well tested with oxalic acid, only changing the anodization time for the same voltage or current density, was adopted for a small variation of samples with good ordering. Samples were also produced with and without pore opening. The optical properties of the porous film thus obtained were investigated by photoluminescence (PL) emitted perpendicularly to these pores, while the film was subjected to a controlled atmosphere of vapor of ethanol or methanol. The control parameters of temperature and vapor concentration was possible by the construction and use of a thermostated cell adapted to a spectrofluorimeter. The spectrum of each sample was monitored with time since deposition of alcohols in the cell was made with micro-syringe into the liquid phase and then evaporate. This perpendicular direction of luminescence emission of alumina allowed the oscillation of the already known PL presents peaks with much more defined and so much more resolution for changes in wavelength. Furthermore, it expressed the presence of the TE and TM modes separately in luminescence for some samples made at a higher concentration of oxalic acid in the electrolyte. The sensitivity to ethanol vapor for this PL technique allows detection of ethanol concentrations much smaller than the other until now achieved by using porous silicon. Based on studies about the source of the luminescence of the material and the construction of the interference pattern produced by the film type Fabry-Perot, a hypothesis was constructed for the modification of luminescence by ethanol vapor. Adsorption of molecules of ethanol/methanol by its hydroxide OH-, in the color centers F+ along the surfaces of the pores, modifies the average longitudinal position of the sources of luminescence in a critical geometry (near total internal reflection), which changes rapidly the reflectivity of the interface pores/air, altering the entire Fabry-Perot system for this adopted configuration, i.e., PL perpendicular to the pores. The simple change of the luminescence emission from frontal to lateral direction of the film provided an peak oscillation with lasers devices width, without the need to optically confine this film, as in the case of porous silicon sensors. This configuration may have contributed to or be reason for the great sensitivity (relative to the optical porous sensors for ethanol as the porous silicon) as it uses the part of the luminescence that interacts with more pores exposed to ethanol vapor. The reversible behavior and with better response just at room temperature, qualifies the PA system for construction of curves calibration, as well for various types of use in sensor which interfere very little in vapor concentration. The temporal behavior of the spectrum of a sample, under ethanol vapor, may be due to a rapid change in reflectivity of the interface pores/air for this selected PL "grazing", at an angle close to the internal total internal reflection. The change in reflectivity for this type of Fabry- Perot system and confined causes changes in both the shape of the spectrum oscillation, similar to the change in the coefficient of finesse, as in the displacement of the peak position in wavelengths. / No presente projeto estudamos a alumina anódica porosa como uma possível aplicação em sensores gasosos de grande sensibilidade. Inicialmente buscamos uma configuração da alumina anódica porosa e o tipo de gás ou vapor em que ambos se combinassem com grande sensibilidade ao se observar a fotoluminescência deste material. Além disso, buscamos entender o mecanismo de detecção da substancia para um alcance mais amplo e otimização do uso da alumina como sensor. Uma fabricação já muito testada com o ácido oxálico mudando apenas o tempo de anodização para uma mesma voltagem ou densidade de corrente foi adotada para uma pequena variação de amostras com bom ordenamento. Foram ainda produzidas amostras com e sem abertura dos poros. As propriedades ópticas do filme de poros assim obtido foram investigadas pela fotoluminescência (PL) emitida perpendicularmente a estes poros enquanto se submetia o filme a uma atmosfera controlada de vapor de etanol ou metanol. O controle nos parâmetros de concentração do vapor e temperatura foi possível pela construção e uso de uma célula termostatizada adaptada a um espectrofluorímetro. O espectro de cada amostra foi monitorado com o tempo uma vez que a deposição dos álcoois na célula foi feita com micro-seringa em fase liquida para então se evaporar. Esta direção perpendicular da emissão da luminescência da alumina permitiu que a oscilação da PL já conhecida se apresentasse agora com picos muito mais definidos e, portanto bem mais resolução para as alterações em comprimentos de onda. Além disso, manifestou a presença separável dos modos TE e TM na luminescência para algumas amostras feitas em maior concentração de ácido oxálico no eletrólito. A sensibilidade ao vapor de etanol para esta técnica de PL permitiu perceber concentrações de etanol muito menores que as outras até então alcançadas usando silício poroso. Construiu-se também uma hipótese para a modificação da luminescência pelo vapor de etanol baseando-se nos estudos sobre a fonte da luminescência deste material e da construção do padrão de interferência tipo Fabry-Perot que o filme produz. A adsorção das moléculas de etanol/metanol pelo seu hidróxido OH, nos centros de cor F+ ao longo das superfícies dos poros, modifica a posição média longitudinal das fontes da luminescência numa geometria critica (próximo da reflexão interna total), que muda rapidamente a refletividade da interface poros/ar, alterando todo o sistema Fabry-Perot para esta configuração adotada, i.e., PL perpendicular aos poros. A simples mudança da emissão da luminescência frontal do filme para a lateral forneceu uma oscilação de picos com largura de dispositivos lasers sem que se necessitasse confinar opticamente este filme como no caso de sensores de silício poroso. Esta configuração pode ter contribuído ou ser a responsável pela grande sensibilidade (em relação aos sensores porosos ópticos para etanol como o de silício poroso) já que usa a parte da luminescência que interage com mais poros expostos ao vapor de etanol. O comportamento reversível e com melhor resposta justamente em temperatura ambiente, qualifica o sistema AAP para se construir curvas de calibração, assim como para diversos tipos de uso em sensores que interferem muito pouco na concentração do vapor. O comportamento temporal do espectro de uma amostra, sob vapor de etanol, pode ser devido a uma mudança mais rápida na refletividade da interface poros/ar para esta PL rasante escolhida que está em um angulo interno próximo do da reflexão interna total. A alteração na refletividade para este tipo de sistema Fabry-Perot e confinado provoca mudanças tanto na forma da oscilação do espectro semelhante à mudança no coeficiente de finesse como no deslocamento da posição dos picos em comprimentos de onda.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4964 |
| Date | 18 April 2013 |
| Creators | Guerreiro, Haroldo de Almeida |
| Contributors | Chiquito, Adenilson José |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Física, 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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