NanoSensing
Filmes finos semicondutores do tipo nanocompósito, compostos por nanopartículas de metal nobre dispersos em matrizes reativas oxido-metal para aplicações em detetores de gases com base em ressonância de plasmões de superfície

Desafio

O projeto NanoSensing visOU desenvolver sensores de gás de baixo custo, com base em semicondutores de óxidos metálicos (MOs), contendo vários tipos de nanopartículas (NPs) de metal nobre (NM), com sensibilidade molecular e de grande relevância para diversos setores industriais.

Solução / Objetivo Principal

O principal objetivo do Projeto NanoSensing foi reforçar a investigação, o desenvolvimento tecnológico e a inovação.

A investigação soi focada em nanopartículas (NPs) de metais nobres (NM), tais como Au e Ag, que são resistentes à oxidação e exibem picos de absorção excecionalmente intensos (LSPR) no espectro visivel. As estruturas MOs incluem óxidos como WO3, Ta2O5, ZnO ou SnO2, que demostram grande sensibilidade aos gases mencionados anteriormente, que são preocupações centrais não só na indústria automóvel, mas também em varias outras áreas da indústria e dos produtos de consumo e de serviços de saúde.

Dois métodos complementares foram testados para produzir os filmes nanoestruturados:
i) a co-deposição utilizando uma fonte de nanopartículas, para Au ou Ag, e pulverização catódica reativa de alvos metálicos em atmosfera de oxigénio, para a matriz;

ii) co-pulverização catódica em magnetrão, utilizando fontes de alta potência (HIPIMS) para o alvo de metal nobre, e uma fonte convencional/HIPIMS, para a matriz dielétrica. A estudo do efeito LSPR e a sistematização da consequente capacidade de deteção foi levada a cabo através de cálculos atomísticos, enquanto a espectroscopia avançada e microscopia vão ser utilizadas para caraterizar os materiais e o seu desempenho de modo que os sistemas otimizados as respetivas configurações possam ser concebidas e subsequentemente testadas. A prova de conceito-será implementada e o potencial de aplicação prática será avaliado através de protótipos de sensores, em particular, para aplicações na indústria automóvel.

Objetivos, Atividades e Resultados esperados / atingidos

Objetivos Atingidos:
Este projeto permitiu produzir filmes finos nanocompósitos utilizando diferentes combinações de nanopartículas de metais nobres (Au, Ag e Au-Ag) e matrizes dielétricas (TiO2, CuO, Al2O3, AlN e ZnO). Os filmes foram preparados por sputtering DC magnetron reativo e tratamento térmico de recozimento pós-deposição. Os filmes foram otimizados usando diferentes condições de deposição para obter bandas LSPR bem definidas nos espectros de transmitância. Os aglomerados de ouro foram produzidos pelo método de condensação de gás de plasma e estudados detalhadamente.

Os principais resultados deste projeto permitiram concluir que os protótipos de sensores baseados em LSPR manifestam sensibilidade às mudanças do índice de refração do ambiente (gases inertes como He, Ar e N2) e às moléculas de gás adsorvido (gases oxidantes, redutores e reativos como O2, H2 e CO, respectivamente). Portanto, o objetivo de demonstrar a capacidade de filmes finos de LSPR para serem utilizados numa nova geração de sensores ópticos foi alcançado. Resultaram ainda 25 publicações em revistas internacionais, 31 comunicações em encontros científicos, das quais 23 internacionais e 8 nacionais, 4 teses de Doutoramento e 5 de Mestrado.