Produção e caracterização de materiais cerâmicos para sensores de humidade

Abstract

Produção e Caracterização de Materiais Cerâmicos para Sensores de Humidade que intitula a presente dissertação, aborda essencialmente as particularidades e as características desejáveis nos sensores de humidade. É necessário o desenvolvimento de novos materiais, neste caso, cerâmicos, com elevada sensibilidade e selectividade. Concomitantemente este trabalho de investigação tem por base, algumas metas a cumprir, tais como; o estudo e a análise da sensibilidade de sensores de humidade com base em materiais cerâmicos. Esta observação implicou a sua preparação a partir de pós de composições controladas de TiO2 e ZnO, bem como a compreensão do envolvimento do sensor na resposta eléctrica às variações de humidade relativa e temperatura. Para detectar as alterações da humidade que se fundamentam na variação de uma propriedade eléctrica, recorre-se a numerosas composições de óxidos. Nesta realização experimental, foram utilizados pares de compostos, TiO2 (dióxido de titânio) e ZnO (óxido de zinco), repartidos por uma razão de volume percentual respectivamente de 90-10% para o sensor A1 e uma razão de 80-20% para o sensor A2, sinterizados a uma temperatura de 500ºC. As medidas eléctricas são obtidas com um espectroscópio de impedância complexa quando o sensor é sujeito a atmosferas diversas. Um sinal sinusoidal foi assim aplicado ao sensor com frequência entre 1,5KHz e 40MHz por intermédio de eléctrodos obtidos por deposição de pasta de ouro sobre o óxido, tendo-se conseguido múltiplos varrimentos em frequência que posteriormente foram analisados e comparados graficamente. Era também de particular interesse o estudo do modelo eléctrico equivalente, validado para os sensores em análise. A par da evolução tecnológica, com este estudo, contribui-se para uma maior compreensão acerca das imensas aplicações dos sensores de humidade.

The dissertation, entitled Production and Characterization of Ceramic Materials for Humidity Sensors, is focused essentially on the particularities and desirable characteristics of humidity sensors. The development of new ceramic materials with a higher sensibility and selectivity, is aimed. Concomitantly this research work has some objectives, such as the study and the analysis of the sensitivity of humidity sensors based on ceramic materials. The work starts with the preparation of controlled compositions of Titanium Dioxide (TiO2) and Zinc Oxide (ZnO), followers after by the comprehension of the sensor on the electrical response involvement to relative humidity and temperature variations. In order to detect the humidity variations based on the variation of an electrical property, different pairs of compounds, TiO2 and ZnO, were used: one with a ratio of volume percentage of 90-10%, named sensor A1, and sensor A2 with a ratio of 80-20%. Both sensors were sintered at the temperature of 500ºC. The electrical measurements were achieved through the use of a complex impedance spectroscopy when the sensor was subjected to different atmospheres. A sinusoidal signal with a frequency range of 1.5 kHz to 40MHz, was applied to the sensors through electrodes obtained by depositing gold paste on the top of the oxide. As a result, multiple sweeps in frequency were obtained, and later analyzed and compared. Particular interest was also given to the study of an equivalent electric model which was validated using the tested sensors. With this study, besides the technological developments, a contribution is given to achieve a better comprehension of the vast application of humidity sensors.