Investigação do potencial de uso de pontos quânticos de dióxido de titânio em sensores de álcoois e umidade em temperatura ambiente

Abstract

Resumo: A necessidade de identificação e quantificação de gases poluentes, como álcoois emitidos na queima de combustíveis, tem sido um desafio ao passar das décadas. Segundo estudos apre sentados, etanol tem sido um dos compostos orgânicos de maior emissão na atmosfera nos anos passados compondo 24% das emissões totais. Como uma medida de mediar este problema, este estudo apresenta um sensor químico resistivo para detecção de umidade e vapores de álcoois ope rando em temperatura ambiente. O dispositivo consiste em um compósito de pontos quânticos de dióxido de titânio (TiO2) em fase anatase, com morfologia esférica e diâmetro médio de 4 ± 0,8 nm, e nanotubos de carbono multicamada (MWCNT) como camada ativa, e contatos inter digitados de ENIG como eletrodos. O substrato utilizado é de resina epóxi reforçada (FR-4). As caracterizações elétricas foram realizadas por medidas de impedância elétrica, permitindo avaliar a sensitividade e o comportamento do sensor à umidade e a diferentes álcoois (metanol, etanol e isopropanol). O dispositivo mostrou uma sensitividade de 0,05/%UR a 15 kHz, com tempos de resposta e recuperação de 146 s e 5 s, respectivamente, entre 5% e 85% de umidade relativa, além de um limite de detecção de 13%UR. Em relação aos álcoois, o sensor apresentou respostas para etanol e isopropanol, com sensitividades de 2,9 ×10-3 ppmv-1 a 5,5 kHz e 8,5×10-3ppmv-1 a 10,5 kHz, respectivamente, em umidade relativa de 80%

Abstract: The need for the identification and quantification of pollutant gases, such as alcohols emitted during fuel combustion, has been a challenge over the decades. According to presented studies, ethanol has been one of the most emitted organic compounds into the atmosphere in recent years, accounting for 24% of total emissions. As a measure to address this issue, this study presents a resistive chemical sensor for detecting humidity and alcohol vapors operating at room temperature. The device consists of a composite of titanium dioxide (TiO2) quantum dots in the anatase phase, with spherical morphology and an average diameter of 3.98 nm, and multi walled carbon nanotubes (MWCNT) as the active layer, with ENIG-interdigitated contacts as electrodes. The substrate used is reinforced epoxy resin (FR-4). Electrical characterizations were performed through electrical impedance measurements, allowing the evaluation of the sensor’s sensitivity and response to humidity and different alcohols (methanol, ethanol, and isopropanol). The device demonstrated a sensitivity of 0.05/%RH at 15 kHz, with response and recovery times of 146 s and 5 s, respectively, between 5% and 85% relative humidity, as well as a detection limit of 13%RH. Regarding alcohols, the sensor showed responses for ethanol and isopropanol, with sensitivities of 2.9 × 10-3,ppmv-1 at 5.5 kHz and 8.5×10-3,ppmv-1 at 10.5 kHz, respectively, at 80% relative humidity