Artigo científico em destaque: morfologia do óxido cúprico e propriedades sensoras.


O artigo científico em destaque neste mês é:

Volanti, D. P., Felix, A. A., Orlandi, M. O., Whitfield, G., Yang, D.-J., Longo, E., Tuller, H. L. and Varela, J. A. (2012), The Role of Hierarchical Morphologies in the Superior Gas Sensing Performance of CuO-Based Chemiresistors. Adv. Funct. Mater. doi: 10.1002/adfm.201202332

 

Texto de divulgação:

O papel da morfologia do óxido cúprico nanoestruturado na melhoria de suas propriedades sensoras.

Um trabalho de pesquisa desenvolvido em colaboração por pesquisadores do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e do Departamento de Engenharia e Ciência dos Materiais do Massachusetts Institute of Technology (MIT) traz contribuições inovadoras ao desenvolvimento de sensores de alto desempenho para detecção de gases. O trabalho foi publicado online na prestigiada revista Advanced Functional Materials no final do ano passado.

Os pesquisadores decidiram investigar um material semicondutor de tipo-p, o óxido de cobre (II), também conhecido como óxido cúprico, cujo potencial na detecção de uma série gases já tinha sido demonstrado. Mais precisamente, a equipe pesquisou como a morfologia (formato) das partículas do óxido de cobre nanoestruturado influencia o desempenho do material como sensor de gás.  “A síntese dos materiais nanoestruturados de óxido cúprico por um método hidrotérmico assistido por microondas era parte do trabalho de doutorado do então aluno Diogo P. Volanti”, contextualiza o professor José Arana Varela, um dos autores do artigo. “As morfologias obtidas eram únicas e, fazendo uma busca na literatura, notamos que havia muito poucos trabalhos que exploravam o uso de semicondutores do tipo-p como sensores de gás e que não havia nenhum trabalho que relatasse a influência da morfologia nestes semicondutores”, completa.

A investigação ocorreu no marco de um projeto de cooperação internacional entre o MIT e o Instituto de Química da Unesp, coordenado pelos professores José Arana Varela e Harry Tuller e financiado pela FAPESP (Projetos sementes MIT/BRASIL) e pelo CNPq (Bolsa de doutorado sanduíche). O projeto agregou o conhecimento do grupo da Unesp em síntese de novos materiais à experiência em caracterização em sensores de gás do grupo do MIT.

A equipe brasileira preparou, na Unesp, amostras de óxido cúprico com três morfologias diferentes e inovadoras: tipo ouriço, tipo fibra e tipo bastonete. A caracterização estrutural, morfológica e por microscopia eletrônica de transmissão das amostras também foi realizada no Brasil. Por sua vez, a equipe do MIT desenvolveu um sistema para testar a resposta à detecção de gás de todas as amostras simultaneamente e sob as mesmas condições. “Essa comparação in situ exatamente nas mesmas condições foi um fator de extrema relevância no estudo da influência da morfologia na resposta sensora”, afirma Anderson A. Felix, que foi o encarregado de realizar a caracterização sensora das amostras no MIT, no marco de seu doutorado sanduíche.

As amostras foram expostas a diversos gases em diferentes concentrações e temperaturas. As medidas mostraram que o controle da morfologia pode melhorar as propriedades sensoras do material.  Em particular, revelou-se especialmente promissor como sensor de hidrogênio o formato de ouriço, formado por um núcleo sólido policristalino e espinhos nanoestruturados de aproximadamente 100 nanometros de comprimento e 10 de largura. De fato, essa morfologia apresentou uma sensibilidade muito maior do que as outras morfologias e também significativamente superior à sensibilidade de muitos outros materiais usados como sensores, mais caros e difíceis de fabricar do que o óxido cúprico.

“Do ponto de vista acadêmico, este trabalho foi muito importante ao mostrar um novo caminho para o aumento das propriedades sensoras em semicondutores do tipo-p”, diz Felix. “Do ponto de vista tecnológico, sensores baseados em cobre poderiam ser aplicados na área de segurança para sistemas a base de hidrogênio, como, por exemplo, células combustíveis”, completa.

 

O óxido cúprico nas três morfologias investigadas, a partir da esquerda: tipo ouriço, bastonete e fibra.