ESTUDIO DE LA DIFUSION-REACCION SOBRE LA RESPUESTA RESISTIVA DE PELICULAS DELGADAS SENSORAS DE SnO2

VICTOR M. WITTEMBERG; M. F. BIANCHETTI; M. P. POIASINA; NOEMÍ E. WALSÖE DE RECA

Encuentro; NANO Y-TEC 2018; 2018

YPF- Y-TEC

Se obtuvieron sensores de gas SH2 empleando películas delgadas superpuestas en multicapas del óxido semiconductor SnO2. Las técnicas de síntesis de las películas empleadas fueron las de: ?Spray Pyrolysis?, ?Dip-Coating? y ?Spin-Coating?, recurriendo previamente a un proceso de sol-gel. Los films delgados se depositaron en hasta seis capas sucesivas. La caracterización de las películas permitió determinar la microestructura superficial de los films y medir su espesor por TEM y SEM, respectivamente y la capacidad de absorción del gas por BET. Se determinó por DRX: el tamaño de cristalitas (ecuación de Scherrer) y se midieron las tensiones generadas durante la síntesis por el desplazamiento de los picos del espectro de difracción de rayos X del SnO2 hacia ángulos (Ɵ) menores. Se eligieron preferencialmente ambas técnicas de ?coating? para construir los sensores de multicapas porque el método de obtención de las películas genera en éstas tensiones (externas) que producen una mayor densidad de defectos y, en consecuencia, se incrementa la difusión del gas en las multicapas. La situación es, a veces, complicada porque algunas tensiones son generadas por la misma difusión (tensión interna). Los efectos de la interrelación de la difusión y las tensiones en una red cristalina constituyen un tema importante no sólo desde el punto de vista del estudio básico del proceso sino, también, de las aplicaciones prácticas [1]. Se acepta que el semiconductor detecta el gas tóxico basado en un mecanismo que considera la reacción de consumo del gas con el O2 (g) adsorbido superficialmente por el óxido. Las moléculas de gas difunden dentro del elemento sensor, mientras que ellas se consumen a una cierta velocidad durante la difusión por la reacción en superficie. Esto significa que el proceso de sensado del gas se observa como un fenómeno en el cual la difusión y la reacción actúan juntas. Como resultado del acoplamiento difusión-reacción, la respuesta al comportamiento está fuertemente influenciada por las propiedades catalíticas y micro-porosas del material sensor usado. Para analizar los efectos cuantitativamente, se necesitan elementos sensores estables y con una microestructura definida (cualidades que reúnen los films delgados de SnO2) [2]. Basados en una ecuación de difusión-reacción, suponiendo difusión de Knudsen y una cinética de primer orden de reacción en superficie, la respuesta (sensibilidad) de los films en estado de equilibrio se puede simular bien en función del espesor del film y de la temperatura de operación [3]. Con este estudio preliminar, se trata de analizar teóricamente los transientes de respuesta del film, resolviendo la ecuación de difusión-reacción en un estado fuera del equilibrio, es decir, describir el comportamiento transiente del perfil de la concentración del gas y la respuesta del gas.