Desarrollo y fabricacion de sensores basado en nanotubos de carbono para la deteccion de gases toxicos

• Autores: Edwin Herberth Espinosa Piragua
• Directores de la Tesis: Eduard Llobet Valero (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2008
• Idioma: español
• ISBN: 9788469198728
• Tribunal Calificador de la Tesis: Xavier Correig Blanchar (presid.), X. Vilanova (secret.), Jean-G. Préaux (voc.), Josep Calderer Cardona (voc.), Francis Mentil (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • Hoy en día la monitorización del medio ambiente es una necesidad en todo el mundo, principalmente debido a la gran cantidad de gases tóxicos que emiten diariamente las industrias, como son óxidos de nitrógeno, dióxidos de azufre, vapores de benceno, y especies causantes de malos olores como los vapores de amoniaco o que indirectamente aumentan la concentración de ozono. Entre los dispositivos con capacidad de detectar trazas de gases se encuentran los sensores de gases de estado sólido, y sus principales ventajas se hallan en su tamaño reducido, su bajo coste comparado con las técnicas convencionales de detección de gases, la posibilidad de mostrar resultados en tiempo real y la portabilidad.Entre los óxidos metálicos existentes para la detección de gases tóxicos se cuenta el TiO2, SnO2 y el WO3. Estos materiales permiten detectar trazas de óxidos de nitrógeno (NO y NO2), sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, vapores de amoniaco, hidrocarburos y oxígeno. Uno de los nuevos materiales que se estudia desde hace relativamente poco tiempo para ser utilizado como capas activas en la obtención de sensores químicos de gases capaces de trabajar a bajas temperaturas son los nanotubos de carbono(CNTs).El objetivo principal de esta tesis fue fabricar sensores capaces de detectar trazas de gases (como fueron NO2, CO, NH3 y O2 entre otros) trabajando a bajas temperaturas. Para ello se utilizaron los nanotubos de carbono. Éstos han mostrado tener muy buenas propiedades físicas y electrónicas, por ejemplo, dependiendo de su quiralidad y diámetro pueden tener un comportamiento eléctrico tipo semiconductor o metálico.Para mejorar la dispersión y sensibilidad de los nanotubos de carbono ante los gases, éstos se funcionalizaron aplicando una descarga en un plasma de radio frecuencia. Óxidos metálicos tales como el WO3, SnO2 y el TiO2, fueron mezclados (a diferentes proporciones respecto al peso) con nanotubos de carbono funcionalizados; la temperatura de trabajo estudiada típicamente varió entre 25 y 150ºC, utilizando como gas portador el aire. Los materiales utilizados como capas activas fueron obtenidos disolviéndolos o agitándolos en glicerol (utilizado como vehículo orgánico), luego se sometieron a un proceso de secado y recocido, y finalmente fueron depositados sobre sustratos para evaluar sus propiedades de sensado ante diferentes trazas de gases tóxicos. Dos métodos de depósito de capas fueron utilizados. El primero de ellos fue el drop-coating. Éste es un método que se emplea en el depósito de capas gruesas de óxidos metálicos. La evaporación térmica es el segundo método y hace posible depositar capas finas de óxidos metálicos sobre un sustrato con tamaños de grano muy pequeño.Las capas activas que contaron únicamente con nanotubos de carbono de paredes mútiples (MWCNTs) funcionalizados con oxígeno como material sensitivo fueron capaces de detectar trazas de gases de NO2 y CO operando a temperatura ambiente, aunque cuando estos nanotubos contaron con nanoclusters en sus paredes, las sensibilidades mejoraron ligeramente (aunque no fueron superiores al 20 %). El inconveniente que estos materiales tienen radica en la velocidad de respuesta y de recuperación, especialmente cuado trabajan a temperatura ambiente.Entre los aportes más interesantes de esta tesis se encuentra el mostrar que las capas híbridas nanotubos de carbono / óxido metálico (WO3, SnO2 o TiO2) tienen una gran sensibilidad a diferentes trazas de gases operando a temperatura ambiente. Las mejores respuestas fueron obtenidas utilizando los materiales híbridos MWCNTs/SnO2. La cantidad de nanotubos mostró ser muy importante, debido a que si la proporción de nanotubos con respecto al óxido metálico es muy alta, la resistencia de la capa activa del sensor es muy baja y los cambios de resistencia debido a la detección del gas no son muy apreciables.