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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.59.2009.tde-20042010-154423
Documento
Autor
Nome completo
Glaucio Ribeiro Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2009
Orientador
Banca examinadora
Mulato, Marcelo (Presidente)
Bianchi, Rodrigo Fernando
Diniz, José Alexandre
Guimaraes, Francisco Eduardo Gontijo
Tessler, Leandro Russovski
Título em português
Materiais micro e nanoestruturados para sensores de íons do tipo EGFET
Palavras-chave em português
Materiais micro e nanoestruturados para sensores de íons do tipo EGFET
Resumo em português
Este trabalho descreve os resultados do estudo de materiais como óxido de manganês, nanotubos de carbono e feltro de carbono (puro e recoberto com nanotubos ou polianilina-Pani), assim como do desenvolvimento de dispositivos. Os dispositivos estudados estão relacionados a sensores de pH, utilizando esses materiais como membranas seletivas de H+ . Essas membranas funcionam como parte de dispositivos denominados EGFETs, cujo princípio de funcionamento é semelhante ao ISFET. Inicialmente utilizamos o óxido de manganês produzido através do método hidrotérmico com posterior fabricação de filmes finos desse material através da técnica de spray-pyrolysis. Esses filmes foram depositados variando a temperatura de deposição, a concentração da solução e o tipo de superfície do substrato de vidro, com o objetivo de investigar a resposta elétrica do EGFET em função da concentração de íons de H+ . As melhores sensibilidades foram de 50,1 mV/pH e 75 mV/pH no filmes produzidos no substrato de vidro rugoso e vidro liso, respectivamente, com 2g/l de concentração e temperatura de 80o C em ambos os filmes. Num segundo momento, trabalhamos com a produção de nanotubos de carbono e posterior fabricação de filmes finos também pela técnica de spray-pyrolysis, tendo como parâmetros, os mesmos utilizados na primeira parte. Os filmes finos que melhor responderam foram aqueles produzidos a 80o C no vidro rugoso e 100o C no vidro liso, com sensibilidades de 51,6 mV/pH e 53,1 mV/pH, respectivamente, ambos com 3g/l de concentração. Finalmente, utilizamos os feltros de carbono (FC) como membrana seletiva e também como substrato para os nanotubos de carbono (NTC) e a polianilina (Pani). Como membrana, os feltros tiveram uma sensibilidade de 65,47 mV/pH. NTC purificados e não purificados foram também depositados utilizando FC como substrato. NTC não purificados apresentaram pior resposta, enquanto que a parte que foi purificada teve um ligeiro aumento na sensibilidade, sendo de 67,7 mV/pH. Houve ainda o recobrimento dos FC e dos FC/NTC com a Pani. As membranas que contém Pani, são mais estáveis do que as outras amostras, sendo que a Pani no estado deprotonado tem melhor sensibilidade e estabilidade do a Pani no estado protonado. A melhor sensibilidade obtida com a participação da Pani foi de 46,4 mV/pH, que mesmo assim não supera a das demais amostras. Esses materiais se mostram como potenciais para uso de sensores de pH e posteriormente para uso como biossensores.
Título em inglês
Micro and nanostructured materials for EGFET ion sensor.
Palavras-chave em inglês
Carbon felt
Carbon nanotubes
EGFET
Ion sensor
Resumo em inglês
This work presents the results related to the study of materials such as manganese oxide, carbon nanotubes and carbon felt (pure and with deposition of nanotubes and polyaniline-Pani). The development of devices related to pH sensors is also presented. The materials are used as H+ selective membranes in sensors based on the EGFET configuration, almost similar to the ISFET. We produced manganese oxide by the hydrothermal method with subsequent deposition of thin films using spray pyrolysis. We varied the deposition temperature, concentration of solution and glass substrates surface with the aim of studying the electrical response of the EGFET as a function of the concentration of H+ ions. The best sensitivities were 50.1 mV/pH and 75 mV/pH for films grown on rough and flat substrates, respectively, with a concentration of 2g/l and substrate temperature of 80o C for both films. In the sequence, carbon nanotubes were investigated with the production of thin films also using the spray pyrolysis technique with the same deposition parameters. Films produced at 80o C on rough substrates and at 100o C on flat substrates presented sensitivities of 51.6 mV/pH and 53.1 mV/pH, respectively. Both were produced with a concentration of 3g/l. Finally, carbon felts (FC) were used as selective membranes and also as substrates for the deposition of NTC and Pani. As single membrane FC presented a sensitivity of 65.47 mV/pH. Purified and non-purified NTC were deposited on FC. Non-purified NTC presented the worst response, while purified NTC presented an increase in sensitivity to about 67.7 mV/pH. Pani was then deposited over FC and FC/NTC. Membranes that contain Pani were more stable than other samples. Pani was used either protonated or deprotonated. Deprotonated samples presented a better response. The best response with Pani was about 46.4 mV/pH, which is not as good as the one corresponding to other samples. These materials are promising candidates for a future use as H+ sensors, and also as biosensors.
 
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Glaucio.PDF (5.04 Mbytes)
Data de Publicação
2010-08-23
 
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