CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O presente trabalho explora a fabricaÃÃo, montagem e testes de micro-reatores e de sensores de gÃs baseados em nanotubos de carbono. A configuraÃÃo dos sensores de gases foi planejada de modo a permitir o uso de nanotubos de carbono de muitas paredes â como adquiridos comercialmente, oxidados ou decorados com nanopartÃculas - como elementos sensores de comportamento semelhante a um elemento sensor formado por nanotubos de carbono de uma Ãnica parede e com grandes diÃmetros (~20 nm). Nesta configuraÃÃo, os nanotubos foram depositados utilizando a tÃcnica dieletroforese com as pontas apoiadas sobre as bordas dos eletrodos e com a parte central suspensa (em ponte) sobre um gap de ~1 m de largura por ~5 m de profundidade, de modo a ligar as extremidades de eletrodos metÃlicos padronizados prÃ-produzidos. Uma nova abordagem para melhorar o contato elÃtrico e tÃrmico entre nanotubos de carbono de mÃltiplas paredes depositados por dieletroforese e eletrodos de metal foi desenvolvida, usando aquecimento espacialmente localizado, atravÃs do uso de laser. Subsequentemente à deposiÃÃo, os nanotubos foram diretamente aquecidos, em atmosfera ambiente, por um feixe de laser focado. O sinal Raman dos nanotubos foi usado para determinar a temperatura atingida no processo e este mÃtodo foi utilizado para melhorar o contato elÃtrico com diferentes eletrodos (W, Ti e Au). A reduÃÃo na resistÃncia elÃtrica foi de atà trÃs ordens de magnitude, resultando em resistividade de contato tÃo baixa quanto ~ 0,1-1 kΩ.μm2, com os menores valores obtidos para Au. Um novo mÃtodo de deposiÃÃo de nanotubos com simultÃnea decoraÃÃo por nanopartÃculas de ouro crescidas pelo mÃtodo eletroquÃmico tambÃm à apresentado. O mÃtodo possibilita obtenÃÃo de estruturas hÃbridas com alto potencial de aplicaÃÃo em dispositivos opto-eletrÃnicos, tais como sensores de gases, biossensores ou fotodetectores. A caracterizaÃÃo estrutural e morfolÃgica de cada elemento sensor usado neste trabalho foi feita principalmente por microscopia eletrÃnica de varredura, microscopia eletrÃnica de transmissÃo, espectroscopia de energia dispersiva, espectroscopia Raman e medidas elÃtricas. Foram usados elementos sensores com diferentes combinaÃÃes de materiais nanoestruturados (MWCNTs como adquiridos comencialmente, oxidados, ou decorados com nanopartÃculas metÃlicas), testados em atmosferas inertes (N2 ou Ar) e oxidante (O2). ParÃmetros determinantes para um bom funcionamento dos sensores de gÃs (tempos especÃficos de resposta/recuperaÃÃo, sensibilidade, estabilidade, reprodutibilidade, etc) foram investigados com base nos dados experimentais obtidos. / This work exploits the fabrication, setup and tests of the micro-reactors and gas sensors based on carbon nanotubes. The configuration of the gas sensors was designed to allow the use of multi-walled carbon nanotubes - as commercially acquired, oxidized or decorated with nanoparticles â as sensor elements which have similar behavior to a sensor element formed of a single-walled carbon nanotube with large diameter (~ 20 nm). In this configuration, the nanotubes were deposited using dielectrophoresis technique with their ends supported on the edges of the electrodes and the central part suspended (bridged) over a gap ~ 1 m wide and ~5 m deep, in order to connect the ends of pre-produced standard metal electrodes. A new approach to improve the electrical and thermal contact between multi-walled carbon nanotubes deposited by dielectrophoresis and metal electrodes was developed by using heating spatially localized, through the use of laser radiation in the microRaman setup. Subsequent to deposition, the nanotubes were directly heated in the ambient atmosphere by a focused laser beam. The Raman signal of the nanotubes was used to determine the temperature reached in the process and this method has been used to improve the electrical contact with different electrodes (W, Ti and Au). The reduction in electrical resistance was up to three orders of magnitude, resulting in contact resistivity as low as ~ 0,1-1 kΩ.μm2, with the lowest values obtained for Au. A new method of simultaneous deposition of nanotubes and decoration with gold nanoparticles grown by electrochemical method is also presented. The method enables the production of hybrid structures with high potential for application in opto-electronic devices such as gas sensors, biosensors or photodetectors. The structural and morphological characterization of each sensor element used in this work was mainly made by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, Raman spectroscopy and electrical measurements. Sensing elements with different combinations of nanostructured materials (MWCNTs as commercially acquired, oxidized, or decorated with metal nanoparticles) were tested in inert (Ar or N2) and oxidant (O2) atmosphere. Crucial parameters for the proper functioning of gas sensors (specific response time/recovery, sensitivity, stability, reproducibility, etc.) were investigated based on the obtained experimental data.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:8116 |
| Date | 05 June 2014 |
| Creators | Josà Valdenir da Silveira |
| Contributors | Antonio Gomes de Souza Filho |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em FÃsica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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