Sensores de gases de GO:PEDOT:PSS com possível aplicação no trabalho em espaço confinado

Abstract

Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver sensores de gases com possível aplicação no espaço confinado utilizando polímeros como camada ativa. As camadas ativas estudadas foram o compósito óxido de grafeno : poli(3,4- etilenodioxitiofeno) : poli(4-sulfonato de estireno) (GO:PEDOT:PSS) em diferentes proporções, o PEDOT disperso em água e o GO:PEDOT. O compósito GO:PEDOT:PSS apresenta maior volume de material isolante (90% a 99% de GO) e menor volume de material condutor (1% a 10% de PEDOT:PSS). As camadas ativas foram caracterizadas eletricamente, morfologicamente e opticamente. Os sensores produzidos foram expostos ao vapor de etanol (CH3CH2oH) e ao vapor de metanol (CH3OH), a resistência elétrica foi medida em tempo real, posteriormente foi calculada sua resposta. As maiores respostas ocorreram na detecção do vapor de metanol sendo este o gás utilizado para medidas elétricas complementares e cálculo de isotermas. Os sensores com camada ativa PEDOT e GO:PEdOT obtiveram baixa resposta devido à características morfológicas dos filmes produzidos, o GO:PEDOT:PSS 3% obteve a maior resposta entre os materiais estudados, este material foi nanoestruturado através de agitação magnética e sonicação gerando o GO:PEDOT:PSSnano 3%. O nanoestruturamento otimizou a detecção de gases, aumentou a resposta em 2,5x e sua morfologia apresentou características relevantes. Foi realizada análise por Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e os resultados corroboraram o comportamento observado na caracterização elétrica. Foram calculadas isotermas de adsorção através do modelo de Freundlich onde verificou-se que somente o GO:PEDOT: PSSnano 3% apresentou adsorção favorável. Todos os resultados deste estudo demonstram a dependência entre superfície, adsorção e sinal de resposta e que sensores com GO:PEDOT:PSS podem ser aplicados ao espaço confinado.

Abstract: The objective of this work was to develop gas sensors with possible application in confined space using polymers as active layer. The active layers studied were the composite graphene oxide : poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(4-styrene sulfonate) (GO:PeDOT:PSS) in different proportions, P E dO t dispersed in water and GO:PEDOT. The GO:PEDOT:PSS composite has a higher volume of insulating material (90% to 99% GO) and a lower volume of conductive material (1% to 10% PEDOT:PSS). The active layers were characterized electrically, morphologically and optically. The produced sensors were exposed to ethanol vapor (CH3CH2OH) and methanol vapor (CH3OH), the electrical resistance was measured in real time, then response was calculated. The highest responses occurred in the detection of methanol vapor, which is the gas used for complementary electrical measurements and isotherms calculation. The sensors with active layer PEDOT and GO:PEDOT obtained low response due to the morphological characteristics of the films produced, GO:PEDOT:PSS 3% obtained the highest response among the studied materials, this material was nanostructured through magnetic stirring and sonication generating the GO:PEDOT:PSSnano 3%. Nanostructuring optimized gas detection, increased the response by 2.5x and its morphology showed relevant characteristics. Analysis by Density Functional Theory (DFT) was performed and the results corroborated the behavior observed in the electrical characterization. Adsorption isotherms were calculated using the Freundlich model where only GO:PEDOT:PSS showed favorable adsorption. All results of this study demonstrate the dependence between surface, adsorption and response