Aplicação de filmes finos do compósito PEDOT : PSS e MoO3 bidimensional em dispositivos sensores de gás

Abstract

Resumo: Nesse trabalho é realizado o estudo do trióxido de molibdênio bidimensional na aplicação de dispositivo de sensor de gás. Filmes finos de 2D-MoO3 apresentam características únicas, porém a alta temperatura de operação e a baixa condutividade em temperatura ambiente, comprometem seu uso em sensores, pois manter um sistema de temperatura estável, aumenta o custo de operação do mesmo. Inserir um material com condutividade alta e que opere em temperatura ambiente, é uma solução para amenizar tais fatos. O PEDOT:PSS é um compósito polimérico capaz de suprir essas falhas. A fim de superar as limitações de condutividade e temperatura, o presente trabalho propõe o estudo experimental de soluções compostas de 2DMoO3: PEDOT:PSS em diferentes proporções percentuais volumétricas de PEDOT:PSS, sendo 3%, 10%, 50% e 100%. Os filmes da camada ativa foram feitos pela técnica drop-casting, técnica de gotejamento, sendo realizadas caracterizações ópticas, elétricas e morfológicas. As soluções, também, foram aplicadas em dispositivos de detecção de etanol e metanol, a fim de obter todas as características de funcionamento do material como camada ativa. Foram realizadas medidas de sensibilidade, resposta em função da temperatura (20-100 °C) e seletividade de vapores de álcoois. A melhor razão percentual para esse compósito é de 3% PEDOT:PSS, apresentando maior estabilidade de resposta em função da temperatura, tendo sensibilidade de detecção em todo o espectro de temperatura, e melhor tempo de detecção.

Abstract: In this work, the study of two-dimensional molybdenum trioxide in the application of a gas sensor device is carried out. 2D-MoO3 thin films have unique characteristics, but the high operating temperature and low conductivity at room temperature compromise their use in sensors, as maintaining a stable temperature system increases its operating cost. Inserting a material with high conductivity and operating at room temperature is a solution to alleviate such facts. PEDOT:PSS is a polymeric composite capable of filling these shortcomings. In order to overcome the limitations of conductivity and temperature, the present work proposes the experimental study of solutions composed of 2DMoO3: PEDOT:PSS in different percentage mass proportions of PEDOT:PSS, being 3%, 10%, 50% and 100 %. The layer films were made by the drop-casting technique, drip technique, and optical, electrical and morphological characterizations were performed. The solutions were also applied in ethanol and methanol detection devices, in order to obtain all the functional characteristics of the material as an active layer. Measurements of sensitivity, response as a function of temperature (20-100 °C) and selectivity of alcohol vapors were performed. The best percentage ratio for this composite is 3% PEDOT:PSS, showing greater stability of response as a function of temperature, having detection sensitivity across the entire temperature spectrum, and better detection time.