Materiais para sensores ópticos baseados em filmes finos de polianilina e seus nanocompósitos com nanotubos de carbono

Abstract

Resumo: O desenvolvimento de sensores ópticos baseados em polianilina (PANI) e nanotubos de carbono (NTC) visa resolver desafios significativos no monitoramento de pH em águas industriais, onde a precisão e a confiabilidade são essenciais. Nesse trabalho, propomos a utilização de filmes finos e transparentes de PANI ou nanocompósitos PANI-NTC, preparados pela rota interfacial líquido-líquido, como sensores ópticos de pH. A rota interfacial líquido-líquido permite a deposição de filmes uniformes de PANI e PANI-NTC, que foram caracterizados para entender suas propriedades. A análise por espectroscopia UV-Vis revelou bandas de absorção características de PANI dopada, na fase sal esmeraldina, resultado que foi corroborado por espectroscopia Raman e infravermelho. As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura mostraram uma morfologia homogênea e bem dispersa dos nanotubos de carbono dentro da matriz de polianilina, contribuindo para a estabilidade estrutural dos filmes. Os testes de desempenho dos sensores, realizados em diferentes condições de pH, demonstraram uma alta sensibilidade para PANI (0,08394 A/pH) e excelente precisão para PANI-NTC em pH mais elevado, com variações de pH detectáveis em intervalos muito pequenos, além de excelente repetibilidade (3 meses) e reprodutibilidade, essencial para aplicações industriais contínuas. Este estudo destaca não apenas a viabilidade técnica dos materiais para sensores baseados em PANI ou PANI-NTC, mas também sua aplicabilidade prática em ambientes industriais, onde a robustez, a precisão e a rápida análise in loco são fundamentais

Abstract: The development of optical sensors based on polyaniline (PANI) and carbon nanotubes (CNT) aims to solve significant challenges in monitoring pH in industrial waters, where precision and reliability are essential. In this work, we propose the use of thin, transparent films of PANI or PANI-CNT nanocomposites, prepared by the liquid-liquid interfacial route, as optical pH sensors. The liquid-liquid interfacial route allows the deposition of uniform PANI and PANI-CNT films, which were characterized to understand their properties. Analysis by UV-Vis spectroscopy revealed absorption bands characteristic of doped PANI in the emeraldine salt phase, a result that was corroborated by Raman and infrared spectroscopy. The images obtained by scanning electron microscopy showed a homogeneous and well-dispersed morphology of the carbon nanotubes within the polyaniline matrix, contributing to the structural stability of the films. The performance tests of the sensors, carried out under different pH conditions, showed high sensitivity for PANI (0.08394 A/pH) and excellent precision for PANI-CNT at higher pH, with pH variations detectable in very small intervals, as well as excellent repeatability (3 months) and reproducibility, essential for continuous industrial applications. This study highlights not only the technical feasibility of sensor materials based on PANI or PANI-CNT, but also their practical applicability in industrial environments, where robustness, precision and rapid in loco analysis are essential