Effect of film thickness and different electrode geometries on the performance of chemical sensors made of nanostructured conducting polymer films

Wiziack, Nadja Karolina Leonel; Paterno, Leonardo G.; Fonseca, Fernando Josepetti; Mattoso, Luiz H. C.

doi:10.1016/j.snb.2006.06.016

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“…Nessa tabela, observa-se que a rugosidade média quadrática, o tamanho médio dos grãos e o tamanho médio das partículas aumentam com o número de a necessidade do estudo criterioso desses efeitos [3][4] . Dessa forma, técnicas de caracterização elétrica têm sido utilizadas para a investigação não apenas dos mecanismos de injeção e condução dos portadores de carga ao longo dessas camadas, como também para o estudo dos efeitos de interface e de volume na condutividade elétrica desses materiais, bem como dos efeitos da morfologia [5] dos filmes e dos arranjos geométricos utilizados para a fabricação dos dispositivos poliméricos [6] . Nesse contexto, nesse trabalho foram preparados filmes ultrafinos de polianilina/poli(vinil sulfato de sódio) (PANI/PVS) com o objetivo de investigar as propriedades ópticas, elétricas e de morfologia desses sistemas visando, sobretudo, a aplicação potencial desses filmes como sensores para detecção e controle da amônia em galpões de criação avícola [7][8] .…”

Section: Resultados E Discussõesunclassified

Caracterização elétrica de filmes ultrafinos de PANI/PVS: material potencial para detecção de amônia em galpões de criação avícola

Santos¹,

Santos

Teixeira

et al. 2010

Polímeros

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Resumo: Nesse trabalho filmes ultrafinos de PANI/PVS foram caracterizados óptica, elétrica e morfologicamente para estudo da viabilidade desses sistemas como elemento ativo de sensores de amônia. Os filmes automontados foram depositados entre microeletrodos metálicos formados por uma fina camada de NiCr recoberto com Au. Medidas de absorção na região do UV-VIS mostraram o crescimento linear dos filmes, enquanto a análise das imagens de microscopia de força atômica mostrou o aumento da rugosidade, do tamanho de grão e do tamanho da partícula com a espessura dos filmes. A caracterização elétrica dc evidenciou uma significativa mudança na resistência elétrica do sistema quando a espessura do filme tornou-se equivalente à espessura do eletrodo de NiCr. Esse efeito foi atribuído à alta resistência elétrica da interface NiCr-filme. A impedância complexa obtida foi típica de materiais sólidos desordenados, com influência da interface NiCr-filme em baixas frequências. Por fim, os filmes mostraram ainda aumento de resistência elétrica em cerca de três vezes quando expostos às condições ambientais de galpões de criação avícola ([NH 3 ] < 50 ppm), bem como em outras aplicações agropecuárias onde a necessidade do monitoramento desse gás é de grande importância. Esses resultados demonstram o potencial que filmes de PANI/PVS apresentam para aplicações agropecuárias. Palavras-chave: Camada-por-camada, propriedade elétrica, sensor, polímero eletrônico, dispositivo. Preparation and Characterization of Ultrathin PANI/PVS: Films for Control the Ammonia Level in Poultry HousesAbstract: In this work we investigated the optical, electrical and morphological properties of ultrathin PANI/PVS films as active material of ammonia sensor for a poultry house. The layer-by-layer polymer films were deposited onto NiCr interdigitated microelectrode recovered with Au (NiCr/Au) line arrays. The buildup of the multilayers was monitored at each deposition step by UV-VIS spectroscopy while the atomic force microscopy (AFM) was employed to monitor the change in the roughness, in the grain and particle sizes. We observed a significant change in the dc conductivity when the thickness of the films was close to that of the NiCr layer. This effect is attributed to the higher interfacial electrical resistance between NiCr and the polymer film, compared to the resistance of the Au-film interface and polymer bulk. The alternating conductivity of the polymer was typical of solid disordered materials, under the influence of the NiCr electrode at low frequencies. Finally, the electrical sensitivity of the system under the exposure of NH 3 reveals PANI/PVS films as a feasible active element for use in poultry house control systems. Keywords: Layer-by-layer, electrical properties, sensor, electronic polymer, device. IntroduçãoA partir de meados da década de 1970, com a descoberta das propriedades condutivas do trans-poliacetileno [1] , polímeros começaram a ser utilizados em diversos dispositivos eletrônicos, passando de materiais passivos (isolantes) para ativo...

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Section: Resultados E Discussõesunclassified

Caracterização elétrica de filmes ultrafinos de PANI/PVS: material potencial para detecção de amônia em galpões de criação avícola

Santos¹,

Santos

Teixeira

et al. 2010

Polímeros

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“…The resistance changes of the sensors produce a pattern corresponding to the gas under investigation (Arshak et al, 2007). Conducting polymers are very important because of their electrical, electronic, magnetic and optical properties, which are related to their conjugated π electron backbones (Retama, 2005;Ahuja et al, 2007;Wiziack et al, 2007). Polyene and polyaromatic conducting polymers such as polyaniline, polyacetylene, and polypyrrole have been widely studied (Ahuja et al, 2007).…”

Section: Detection Of Gases Produced By Food Spoilagementioning

confidence: 99%

Nanocomposites in Food Packaging – A Review

Azeredo¹,

Mattoso²,

McHugh³

2011

Advances in Diverse Industrial Applications of Nanocomposites

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“…A three-electrode electrochemical cell was equipped with a platinum wire as counter-electrode, a saturated calomel electrode (SCE) as reference and as working electrode a digitized gold (Au) substrates (assembled by using conventional photolithography procedure) 32 with ca. 10 mm 2 area was used, separated by a 10 mm gap, (provided by Escola Politécnica da Universidade .…”

Section: Apparatus and Synthesis Proceduresmentioning

confidence: 99%

pH effects on the ohmic properties of bromophenol blue-doped polypyrrole film

Ferreira

Girotto

2010

J. Braz. Chem. Soc.

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A resposta ôhmica durante medidas de resistência in situ de filmes de polipirrol (ppy) dopados com azul de bromofenol (BPB) foi analisada para se estudar o efeito do pH nas propriedades analíticas dos filmes. As moléculas de BPB foram inseridas na matriz polimérica através de síntese eletroquímica sobre eletrodos digitalizados de ouro. Os filmes de ppy-BPB não apresentaram diminuição da resistência ôhmica linear com relação ao aumento do pH do meio, no intervalo de 1,5 a 11, sendo observado um aumento da resistência do filme após imersão em pH 7,5. O comportamento não linear é uma desvantagem para a aplicação do ppy-BPB como sensor de pH, no entanto, importantes informações sobre a interação entre o dopante e o polímero conjugado podem ser obtidas deste sistema. O comportamento ôhmico do filme de ppy-BPB pode ser explicado em termos da variação no equilíbrio entre as formas neutra e aniônica do corante preso na matriz de ppy. O estudo neste trabalho contribui para o desenvolvimento de sensores eficientes baseados em polímeros condutores.The ohmic response of bromophenol blue (BPB) doped polypyrrole (ppy) films obtained by in situ resistance measurements was studied to evaluate the pH effect on their analytical properties. BPB molecules were inserted into the ppy matrix by electrochemical synthesis onto digitized gold electrodes. Ppy-BPB films do not present decrease in the linear ohmic resistance when increasing pH values over the pH range 1.5-11.0, displayed by an increase in resistance after immersion in pH 7.5. The nonlinear behavior is a disadvantage for the application of the ppy-BPB film as pH sensor, however, meaningful information about the interaction between the dopant and the conjugated polymer can be obtained from the system. The ohmic behavior of the ppy-BPB films are explained in terms of the equilibrium between neutral and anionic dye species embedded in the ppy matrix. This work brings important contributions to the development of efficient conducting polymer-based sensors.Keywords: polypyrrole, bromophenol blue, ohmic properties, doped films IntroductionConducting polymers are well known materials with interesting optical, magnetic and electrical properties. 1-3The oxidation process in the electronic structure of a heterocyclic conjugated polymer, such as polypyrrole (ppy), 4,5 leads to the formation of polaron and bipolaron states. These energy states are related to remarkable properties of conjugated polymers that take place with the introduction of anion dopants into the polymer matrix to stabilize those charges (polaron and bipolaron) formed during oxidation. 6 The dopant used during the polymer synthesis can directly affect the electrical and structural properties of the conjugated polymer. 2,7,8 Study of the interaction between polymer and dopant is meaningful for the comprehension and applications of these materials. 9The literature have demonstrated the application of electroactive conjugated polymers in the solar cells development, 10,11 organic light-emitting devices, 12,13 and electro...

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Effect of film thickness and different electrode geometries on the performance of chemical sensors made of nanostructured conducting polymer films

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Caracterização elétrica de filmes ultrafinos de PANI/PVS: material potencial para detecção de amônia em galpões de criação avícola

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Nanocomposites in Food Packaging – A Review

pH effects on the ohmic properties of bromophenol blue-doped polypyrrole film

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