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Nov 11, 2023

Resposta de detecção de gás de Ga irradiado por feixe de íons

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22351 (2022) Citar este artigo

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Os filmes finos de ZnO dopados com gálio modificados e induzidos por feixe de íons são estudados para suas aplicações de detecção de gás. Os filmes finos de óxido de zinco dopados com gálio irradiados com Ag9+ e Si6+ foram expostos a várias concentrações de etanol e gás acetona para aplicações de detecção de gás. O ZnO fino irradiado com íon Ag9+ dopado com Ga foi otimizado em diferentes temperaturas de operação. Observou-se que a resposta de detecção de gás para etanol e acetona aumenta com o aumento da fluência de íons Ag9+. Isso indica que os íons pesados ​​rápidos melhoraram a sensibilidade do filme fino de ZnO dolado por Ga, reduzindo o tamanho da partícula. Os filmes finos de ZnO dopados com Ga e irradiados com íons Si6+ também foram expostos a etanol e gás acetona para aplicações de detecção de gás. Em comparação com o filme fino irradiado com íons Ag9+, o filme irradiado com feixe de íons Si6+ exibe uma resposta de detecção maior para etanol e gás acetona.

O crescente interesse da fraternidade de pesquisa no campo de sensores de gás é devido à necessidade de um ambiente de trabalho humano seguro, livre de gases venenosos, desagradáveis ​​e combustíveis. Os gases orgânicos voláteis, como acetona, etanol e amônia, são conhecidos como poluentes internos. A inalação desses gases acima do limite permitido pode não ser segura para humanos. Tornou-se, portanto, essencial detectar a presença desses gases no ambiente humano1. Portanto, o maior interesse está no desenvolvimento de sensores de gás seletivos altamente sensíveis e de resposta rápida. Os sensores de gás baseados em semicondutores de óxido metálico são considerados uma das melhores opções devido às suas inúmeras vantagens, incluindo baixo custo, tamanho pequeno, tempo de resposta e recuperação rápidos, fabricação simples e alta compatibilidade com processamento microeletrônico2,3. A descoberta da nanotecnologia aumentou a possibilidade de reinventar procedimentos e opções para maior refinamento em termos de resposta de detecção e seletividade de sensores de gás à base de óxido metálico. Uma das principais vantagens das nanopartículas semicondutoras de óxido metálico é sua alta relação superfície-volume. Como a resposta de detecção é fortemente dependente da superfície dos materiais expostos a gases, espera-se que o sensor baseado em nanoestruturas de película fina supere o sensor de volume3.

O óxido de zinco (ZnO) é um dos semicondutores de óxido metálico mais proeminentes, com grande energia de ligação do exciton de 60 meV e um gap de energia de banda larga de 3,37 eV à temperatura ambiente4. Devido à sua abundância na natureza e propriedades elétricas e ópticas excepcionais, possui uma ampla gama de aplicações em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, como janela de célula solar, dispositivos de onda acústica de superfície e aplicações de detecção de gás5,6,7,8,9. O filme fino de ZnO é mais apropriado para aplicações de detecção de gás devido à sua alta relação superfície/volume, permitindo a adsorção de mais gás para reações de superfície10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22.

A irradiação rápida de íons pesados ​​(SHI) criou interesse entre os pesquisadores como uma ferramenta para modificar as propriedades estruturais, elétricas e ópticas dos materiais, melhorando assim a eficiência do dispositivo23,24,25,26. A irradiação com feixe de íons não altera a composição química do material, mas cria defeitos estruturais que afetam a concentração de canters de adsorção e a capacidade de adsorção na superfície do material. Portanto, é possível adaptar as propriedades estruturais, elétricas e ópticas dos materiais-alvo variando a energia e a fluência do feixe de íons incidente26,27.

O objetivo deste estudo é explorar os procedimentos para o desenvolvimento de um sensor de gás altamente sensível para vapores de etanol e acetona. A resposta e tempo de recuperação, sensibilidade e seletividade de filmes finos de ZnO dopados com Ga modificados por irradiação de feixe de íons foram analisados ​​para este propósito.