A pesquisadora Ariadne Catto, pós-doutoranda na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e integrante do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), é a autora principal do artigo “Hematite rhombuses for chemiresitive ozone sensors: Experimental and theoretical approaches” publicado no periódico científico Applied Surface Science.
Partindo da necessidade surgida nos últimos anos da construção de sensores eletrônicos sensíveis e estáveis para controlar a presença de gases nocivos na atmosfera em zonas urbanas, o óxido de ferro (α-Fe2O3), entre outros materiais, tem se destacado devido ao notável potencial de detecção de pequenas quantidades de diversas espécies gasosas tóxicas.
Catto explica que, com o intuito de compreender os mecanismos envolvidos nesses processos de detecção pelo α-Fe2O3, o trabalho foi conduzido por meio de um estudo teórico-experimental sobre o papel desempenhado por determinadas faces dos cristais de hematita nas propriedades de detecção desse material.
“Os cálculos teóricos, realizados através da Teoria do Funcional de Densidade (DFT), revelaram que os cristais de hematita são constituídos por diferentes faces (como pode ser observado na ilustração no interior do gráfico abaixo), as quais desempenham um importante papel no processo de adsorção e dessorção do ozônio (O3)”, explica a pesquisadora.
“Além disso, verificamos que a presença da face (representada na cor rosa, na imagem abaixo) favorece a alta sensibilidade ao gás alvo, devido, principalmente, à maior presença de sítios reativos às moléculas de O3”, acrescenta.
Com esses resultados em mãos, foi possível que o grupo de pesquisadores compreendesse melhor como as mudanças morfológicas podem se relacionar ao desempenho da detecção da hematita, tornando assim mais fácil manipular as condições experimentais de síntese, com o propósito principal de obter compostos com características microestruturais mais interessantes para a aplicação desejada.
Durante a pesquisa também foram utilizadas as técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (FE-MEV) e de transmissão (MET), bem como espectroscopia de fóton elétrons excitados por raios X (XPS). Além disso, as propriedades sensoras foram avaliadas através do estudo do comportamento elétrico dos compostos quando expostos ao gás ozônio. Por fim, as medições elétricas revelaram uma boa sensibilidade, repetibilidade e estabilidade dos cristais de hematita aplicados na detecção de concentrações de O3 abaixo de 20 ppb (parte por bilhão).
A autora principal ressalta que, usualmente, a temperatura para sensores ativados termicamente varia de 150 a 400 °C, sendo que materiais sensores que podem atuar em temperaturas relativamente baixas têm chamado a atenção devido ao seu menor consumo de energia e capacidade de detectar gases inflamáveis e/ou prejudiciais. “Portanto, através da comparação entre resultados obtidos no presente trabalho e aqueles reportados na literatura, é plausível afirmar que os α- Fe2O3 obtidos podem ser considerados excelentes sensores de gás, mesmo a baixa concentração de gás (20 ppb) e temperatura de 150 °C, demonstrando seu ótimo potencial”, pontua Catto.
Também contribuíram com o estudo os pesquisadores Marisa C.Oliveira, Renan A. P. Ribeiro, Waldir Avansi Jr, Luís F.da Silva e Elson Longo.
O artigo pode ser baixado no repositório do CDMF clicando AQUI.
CDMF
O CDMF é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e recebe também investimento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a partir do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Materiais em Nanotecnologia (INCTMN).
