{"id":49450,"date":"2013-11-05T15:38:48","date_gmt":"2013-11-05T17:38:48","guid":{"rendered":"http:\/\/www.redenoticia.com.br\/noticia\/?p=49450"},"modified":"2013-11-05T15:38:48","modified_gmt":"2013-11-05T17:38:48","slug":"unesp-e-mit-desenvolvem-sensor-de-gas-toxico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/2013\/unesp-e-mit-desenvolvem-sensor-de-gas-toxico\/49450","title":{"rendered":"Unesp e MIT desenvolvem sensor de g\u00e1s t\u00f3xico"},"content":{"rendered":"

Por Elton Alisson\u00a0Ag\u00eancia FAPESP<\/span>\u00a0\u2013 Pesquisadores do Instituto de Qu\u00edmica da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, em parceria com colegas do Departamento de Ci\u00eancia e Engenharia de Materiais do Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, desenvolveram um material \u00e0 base de \u00f3xido de estanho (SnO) com capacidade de detectar di\u00f3xido de nitrog\u00eanio (NO2) muito maior do que os sensores qu\u00edmicos<\/strong><\/em> j\u00e1 usados para identificar esse tipo de g\u00e1s altamente t\u00f3xico, formado nas rea\u00e7\u00f5es de combust\u00e3o dos motores dos ve\u00edculos.<\/span><\/p>\n

Desenvolvido por meio de um\u00a0projeto apoiado<\/a>\u00a0no \u00e2mbito de um acordo com o MIT, o material dever\u00e1 resultar em uma patente compartilhada pelas duas institui\u00e7\u00f5es e foi descrito em um artigo publicado na edi\u00e7\u00e3o de setembro da revista\u00a0Sensors and Actuators B: Chemical.<\/p>\n

\u201cEnquanto a resist\u00eancia el\u00e9trica dos materiais puros utilizados atualmente para detectar di\u00f3xido de nitrog\u00eanio aumenta entre 50 e 70 vezes na presen\u00e7a do g\u00e1s t\u00f3xico, a do sensor que desenvolvemos apresenta um aumento de mil vezes. Esse \u00e9 o sinal que utilizamos para medir a capacidade de detec\u00e7\u00e3o de um sensor\u201d, disse Marcelo Ornaghi Orlandi, professor do Instituto de Qu\u00edmica da Unesp de Araraquara e um dos autores do estudo, \u00e0\u00a0Ag\u00eancia FAPESP. O projeto \u00e9 coordenado por Jos\u00e9 Arana Varela, professor do IQ-Unesp e diretor-presidente do\u00a0Conselho T\u00e9cnico-Administrativo da FAPESP.<\/p>\n

O material desenvolvido pelos pesquisadores consiste em discos cristalinos de \u00f3xido de estanho \u2013 semelhantes a confetes de papel \u2013 em escala microm\u00e9trica (milion\u00e9sima parte do metro).<\/p>\n

Para desenvolver o material, eles utilizaram um processo chamado de redu\u00e7\u00e3o carbot\u00e9rmica, por meio do qual sintetizaram os discos na forma de \u00f3xido de estanho II, em vez da forma tradicional do \u00f3xido met\u00e1lico \u2013 o di\u00f3xido de estanho IV (SnO2).<\/p>\n

Ao mesmo tempo, conseguiram manter a estabilidade t\u00e9rmica e qu\u00edmica, preservar a estrutura e fazer com que o material apresentasse maior sensibilidade ao di\u00f3xido de nitrog\u00eanio do que o SnO2 \u2013 um dos materiais mais estudados atualmente para aplica\u00e7\u00e3o como sensor do g\u00e1s t\u00f3xico.<\/p>\n

\u201cO \u00f3xido de estanho \u00e9 dif\u00edcil de ser sintetizado porque \u00e9 termicamente inst\u00e1vel e, a temperaturas acima de 400 \u00baC, tende a se decompor\u201d, explicou Orlandi. \u201cPor meio de um controle fino, conseguimos pela primeira vez sintetiz\u00e1-lo e, ao mesmo tempo, estabilizar suas propriedades t\u00e9rmicas e qu\u00edmicas e aumentar sua resposta sensora.\u201d<\/p>\n

Seletividade<\/p>\n

O material foi exposto em uma c\u00e2mara a diferentes tipos de gases t\u00f3xicos \u2013 como o g\u00e1s carb\u00f4nico (CO2) e metano (CH4), al\u00e9m do di\u00f3xido de nitrog\u00eanio \u2013 em temperaturas entre 100 \u00baC e 350 \u00baC.\u00a0Os pesquisadores observaram que o material apresenta excelente seletividade e sensibilidade ao di\u00f3xido de nitrog\u00eanio principalmente a 200 \u00baC \u2013 faixa bem abaixo da temperatura de transi\u00e7\u00e3o de decomposi\u00e7\u00e3o do material, de 400 \u00baC.<\/p>\n

Nesse n\u00edvel de temperatura, a resist\u00eancia el\u00e9trica do sensor aumentou mil vezes quando o material foi exposto a 100 partes por milh\u00e3o (ppm) de di\u00f3xido de nitrog\u00eanio dilu\u00eddo em ar sint\u00e9tico \u2013 que simula a atmosfera.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, os discos de \u00f3xido de estanho apresentaram capacidade de seletividade do di\u00f3xido de nitrog\u00eanio 100 vezes superior \u00e0 demonstrada para outros tipos de gases t\u00f3xicos, como o g\u00e1s carb\u00f4nico e o metano, disseram os pesquisadores.<\/p>\n

\u201cN\u00e3o encontramos na literatura cient\u00edfica outro sensor de di\u00f3xido de nitrog\u00eanio com seletividade e sensibilidade t\u00e3o alta e dessa ordem de grandeza\u201d, afirmou Orlandi.<\/p>\n

De acordo com o pesquisador, uma das raz\u00f5es pelas quais os discos de \u00f3xido de estanho apresentam alta sensibilidade e seletividade ao di\u00f3xido de nitrog\u00eanio \u00e9 que s\u00e3o semicondutores do tipo N \u2013 materiais que, a exemplo do \u00f3xido de zinco (ZnO) e do di\u00f3xido de tit\u00e2nio (TiO2), apresentam excesso de el\u00e9trons em sua estrutura e conferem condutividade el\u00e9trica parcial. O di\u00f3xido de nitrog\u00eanio, por sua vez, tem predisposi\u00e7\u00e3o a trocar el\u00e9trons com o material.<\/p>\n

Por causa disso, ao aderir \u00e0 superf\u00edcie dos discos de \u00f3xido de estanho, as mol\u00e9culas de di\u00f3xido de nitrog\u00eanio aprisionam os el\u00e9trons livres e aumentam a resist\u00eancia el\u00e9trica dos discos de \u00f3xido de estanho.<\/p>\n

\u201cQuando o di\u00f3xido de nitrog\u00eanio adere \u00e0 superf\u00edcie dos discos de \u00f3xido de estanho, ele aumenta mil vezes a resist\u00eancia el\u00e9trica do material, como pudemos medir e observar nos experimentos\u201d, disse Orlandi.<\/p>\n

Ao retirar o di\u00f3xido de nitrog\u00eanio da c\u00e2mara na qual os discos de \u00f3xido de estanho foram colocados e, consequentemente, quando o g\u00e1s sa\u00eda da superf\u00edcie do material, os pesquisadores constataram que a resist\u00eancia inicial do sensor qu\u00edmico retornava rapidamente para os mesmos patamares nos quais se encontrava antes de ser exposto ao g\u00e1s.<\/p>\n

\u201cVimos que o sensor \u00e9 muito sens\u00edvel e seletivo especificamente para o di\u00f3xido de nitrog\u00eanio, caracter\u00edsticas muito importantes para um sensor\u201d, afirmou Orlandi. \u201cSe um sensor for seletivo e sens\u00edvel para todos os tipos de gases poluentes, ele n\u00e3o funciona para essa finalidade\u201d, avaliou.<\/p>\n

Superf\u00edcie virgem<\/p>\n

O pesquisador ressalta que o aumento de mil vezes na resist\u00eancia el\u00e9trica dos discos de \u00f3xido de estanho e, consequentemente, do sinal de detec\u00e7\u00e3o que observaram, foi obtido sem nenhum tipo de modifica\u00e7\u00e3o na superf\u00edcie do material \u2013 como se faz usualmente para aumentar a capacidade de detec\u00e7\u00e3o de di\u00f3xido de nitrog\u00eanio por outros tipos de sensores qu\u00edmicos j\u00e1 existentes, como aqueles \u00e0 base de di\u00f3xido de estanho IV.<\/p>\n

Com base nessa constata\u00e7\u00e3o, os pesquisadores est\u00e3o fazendo melhorias na superf\u00edcie dos discos para aumentar ainda mais a altera\u00e7\u00e3o da resist\u00eancia el\u00e9trica do material quando exposto ao NO2.<\/p>\n

\u201cEm vez de mil vezes, como j\u00e1 conseguimos hoje, queremos aumentar o sinal do sensor para 2 mil\u201d, contou Orlandi. \u201cO sinal dos sensores \u00e0 base de di\u00f3xido de estanho IV puro est\u00e1 entre 50 e 70 vezes, o que j\u00e1 \u00e9 considerado muito bom.\u201d<\/p>\n

Os pesquisadores tamb\u00e9m desenvolveram fitas de \u00f3xido de estanho em escala nanom\u00e9trica (bilion\u00e9sima parte do metro), intuindo que os resultados de seletividade e sensibilidade ao di\u00f3xido de nitrog\u00eanio por essas nanofitas seriam maiores do que os obtidos em escala microm\u00e9trica.<\/p>\n

Ao comparar os materiais nas duas escalas, no entanto, constataram que os resultados apresentados pelos discos em escala microm\u00e9trica foram melhores do que os do sensor em escala nanom\u00e9trica.<\/p>\n

De acordo com Orlandi, essa diferen\u00e7a de desempenho do material ocorre porque os discos apresentam uma morfologia privilegiada em compara\u00e7\u00e3o com as nanofitas. Por possuir grandes superf\u00edcies, as duas faces paralelas dos discos apresentam alta concentra\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons desemparelhados, que podem ser mais facilmente doados \u00e0s mol\u00e9culas de di\u00f3xido de nitrog\u00eanio.<\/p>\n

\u201cAcreditamos que \u00e9 essa superf\u00edcie do material, com alta concentra\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons desemparelhados, que leva a respostas melhores em termos de seletividade e sensibilidade ao di\u00f3xido de nitrog\u00eanio em escala microm\u00e9trica do que na forma nanom\u00e9trica\u201d, disse Orlandi.<\/p>\n

Na avalia\u00e7\u00e3o do pesquisador, o estudo corrobora os resultados de outras pesquisas internacionais publicadas nos \u00faltimos anos, demonstrando que muitas vezes materiais em escala microm\u00e9trica podem apresentar um desempenho melhor do que na escala nanom\u00e9trica.<\/p>\n

Ainda n\u00e3o se sabe, contudo, porque o material tem o formato de confete de papel. \u201cO mecanismo de crescimento desse material ainda \u00e9 uma inc\u00f3gnita\u201d, afirmou Orlandi.<\/p>\n

Parceria com o MIT<\/p>\n

O novo sensor foi desenvolvido nos laborat\u00f3rios do Departamento de F\u00edsico-Qu\u00edmica da Unesp de Araraquara.<\/p>\n

Por meio da parceria estabelecida pelos pesquisadores brasileiros com os colegas do MIT, Orlandi e o estudante Anderson Andr\u00e9 Felix \u2013 que atualmente realiza\u00a0p\u00f3s-doutorado<\/a>\u00a0com Bolsa da FAPESP e tamb\u00e9m \u00e9 um dos autores do estudo \u2013 passaram uma temporada na universidade norte-americana, onde realizaram testes e avaliaram as propriedades sensoras do novo material.<\/p>\n

Por meio de um sistema anal\u00edtico dispon\u00edvel no MIT \u2013 no qual \u00e9 poss\u00edvel medir ao mesmo tempo at\u00e9 oito amostras do material, sob a mesma temperatura e fluxo de g\u00e1s \u2013, os pesquisadores constataram a capacidade de o material detectar di\u00f3xido de nitrog\u00eanio em n\u00edveis muito maiores aos observados pelos sensores de di\u00f3xido de estanho IV.<\/p>\n

Devido aos resultados excepcionais apresentados pelo novo material, o professor Harry Tuller, do Departamento de Ci\u00eancia e Engenharia de Materiais do MIT, concluiu que o sensor deveria ser patenteado e solicitou que o escrit\u00f3rio de propriedade intelectual da universidade norte-americana se encarregasse de fazer isso.<\/p>\n

\u201cMais do que apenas uma observa\u00e7\u00e3o cient\u00edfica interessante, tornou-se claro para n\u00f3s que o material desenvolvido durante esse trabalho colaborativo poderia se tornar um divisor de \u00e1guas na tecnologia de sensor\u201d, disse Tuller.<\/p>\n

\u201cNo MIT, somos incentivados a solicitar patentes de projetos como esse, porque isso atinge v\u00e1rios objetivos: serve para sensibilizar cientistas e engenheiros da institui\u00e7\u00e3o a pensar em como um desenvolvimento pode ter impactos na sociedade e para chamar a aten\u00e7\u00e3o da ind\u00fastria para esses novos conceitos tecnol\u00f3gicos que podem passar despercebidos porque n\u00e3o leem ou n\u00e3o compreendem a literatura cient\u00edfica\u201d, avaliou.<\/p>\n

A patente foi depositada em car\u00e1ter provis\u00f3rio no Escrit\u00f3rio de Marcas e Patentes dos Estados Unidos (USPTO, na sigla em ingl\u00eas).<\/p>\n

Em maio de 2014, o pedido de patente no escrit\u00f3rio norte-americano dever\u00e1 ser convertido para definitivo e, ap\u00f3s ser concedida nos Estados Unidos, a Ag\u00eancia Unesp de Inova\u00e7\u00e3o (Auin) tamb\u00e9m dever\u00e1 requerer o dep\u00f3sito no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), no Brasil.<\/p>\n

\u201cEm 2014 deveremos ter os pedidos de patente do material tanto nos Estados Unidos como no Brasil\u201d, disse Fab\u00edola Spiandorello, gerente de propriedade intelectual da Auin.<\/p>\n

O artigo\u00a0Giant Chemo-Resistance of SnO disk-like structures\u00a0(doi: 10.1016\/j.snb.2013.05.087), de Orlandi e outros, pode ser lido na revista\u00a0Sensors and Actuators B: Chemical\u00a0emwww.sciencedirect.com\/science\/article\/pii\/S0925400513006709<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Por Elton Alisson\u00a0Ag\u00eancia FAPESP\u00a0\u2013 Pesquisadores do Instituto de Qu\u00edmica da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, em parceria com colegas do Departamento de Ci\u00eancia e Engenharia de Materiais do Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, desenvolveram um material \u00e0 base de \u00f3xido de estanho (SnO) com capacidade de detectar di\u00f3xido de nitrog\u00eanio (NO2) […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":34864,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"tdm_status":"","tdm_grid_status":"","footnotes":""},"categories":[22],"tags":[],"class_list":{"0":"post-49450","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-brasil"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/49450","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=49450"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/49450\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/media\/34864"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=49450"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=49450"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/migracao.redenoticia.com.br\/noticia\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=49450"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}