https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19823| File | Description | Size | Format | |
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| iurikistenmackermachado.pdf | PDF/A | 6.92 MB | Adobe PDF | ![]() View/Open |
| Type: | Dissertação |
| Title: | Fabricação e caracterização de sensores de umidade híbridos baseados em óxido de grafeno rico em grupo hidroxila e nanopartículas de ouro via espectroscopia de impedância |
| Author: | Machado, Iuri Kistenmacker |
| First Advisor: | Quirino, Welber Gianini |
| Referee Member: | Bechtold, Ivan Helmuth |
| Referee Member: | Fragneaud, Benjamin |
| Resumo: | Sensores de umidade têm aplicações em monitoramento meteorológico, processos industriais/agrícolas, armazenamento de alimentos, dispositivos médicos, sistemas automotivos e gestão de energia, entre outros. Portanto, melhorias contínuas dos sensores visam aprimorar suas propriedades e aplicações. Esse desenvolvimento envolve, por exemplo a inserção de materiais específicos, como cerâmicas, filmes finos orgânicos, polímeros e materiais à base de carbono. Entre eles, os nanomateriais de carbono como os baseados em Óxido de Grafeno (GO), têm aprimorado as propriedades de detecção, prometendo avanços significativos na tecnologia de sensores de umidade. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a síntese e caracterização de óxido de grafeno rico em grupos hidroxila (HGO) e a fabricação de dispositivos contendo HGO e nanopartículas de ouro (AuNP) com a finalidade de aplicá-los na detecção eficiente de umidade. Diferentes configurações de dispositivos foram avaliadas, incluindo deposição de filmes finos camada por camada desses dois materiais bem como a deposição de um único filme da mistura HGO:AuNP. Análises espectroscópicas dos materiais destacaram a bem-sucedida modificação do HGO com AuNP através de mudanças espectrais, indicativas de distorções estruturais na rede do HGO. Microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica revelaram a distribuição das nanopartículas sobre as folhas de HGO, assim como seus tamanhos, com diâmetro médio de 18 nm. Por espectroscopia de impedância observou-se alta sensibilidade com 0.032 log Z / %UR e tempos de resposta de aproximadamente de 0,2 segundos do sensor de HGO modificado com AuNP, destacando a sinergia entre ambos os materiais, principalmente através de um processo de transferência de carga elucidado por uma revisão do mecanismo de detecção de umidade. |
| Abstract: | Humidity sensors have applications in meteorological monitoring, industrial/agricultural processes, food storage, medical devices, automotive systems, and energy management, among others. Continuous improvements to these sensors aim to enhance their properties and applications. This development involves the incorporation of specific materials, such as ceramics, organic thin films, polymers, and carbon-based materials. Among them, carbon nanomaterials, like Graphene Oxide (GO), have enhanced detection properties, promising significant advancements in humidity sensor technology. In this context, this work aims to synthesize and characterize hydroxyl-rich graphene oxide (HGO) and fabricate devices containing HGO and gold nanoparticles (AuNP) for efficient humidity detection. Different device configurations were evaluated, including layer-by-layer deposition of thin films of these two materials and the deposition of a single film of the HGO mixture. Spectroscopic analyses of the materials highlighted the successful modification of HGO with AuNP through spectral changes indicative of structural distortions in the HGO lattice. Scanning electron microscopy and atomic force microscopy revealed the distribution of nanoparticles on HGO sheets and their sizes, with an average diameter of 18 nm. Impedance spectroscopy showed high sensitivity with 0.032 log Z / %RH and response times of approximately 0.2 seconds for the HGO sensor modified with AuNP, highlighting the synergy between both materials, primarily through a charge transfer process elucidated by a review of the humidity detection mechanism. |
| Keywords: | Sensor de umidade Materiais a base de carbono Óxido de grafeno rico em grupos hidroxila Nanopartículas Mecanismo de condução Humidity sensor Carbon-based materials Hydroxyl-rich graphene oxide Nanoparticles Conduction mechanism |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
| Institution Initials: | UFJF |
| Department: | ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Física |
| Access Type: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
| Creative Commons License: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19823 |
| Issue Date: | 30-Aug-2024 |
| Appears in Collections: | Mestrado em Física (Dissertações) |
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