Dopaje con nitrógeno y funcionalización in-situ de nanolistones grafíticos y su aplicación en sensores de etanol

Abstract

"La detección y medición digital de propiedades físicas y moleculares es hoy en día una de las necesidades esenciales para la implementación del Internet de las cosas, cuya meta principal es la integración de los dispositivos electrónicos en la vida cotidiana. La electrónica orgánica se acopla perfectamente a este concepto por contar con características naturalmente viables para este tipo de aplicaciones. Las nanoestructuras de carbono, están generando una alta expectativa en la elaboración de sistemas electrónicos complejos, principalmente debido a su simple fabricación que permite el control de sus escalas nanométricas a través de las condiciones experimentales de síntesis. En este trabajo se sintetizaron nanolistones grafíticos usando la metodología de deposición química de vapores asistida por aerosol (AA-CVD). Tres diferentes precursores de nitrógeno se utilizaron variando dos porcentajes de concentración (Piridina, pirazina y pirrol a 1% y 2% respectivamente), permitiendo diferentes dopajes de átomos de nitrógeno en la red de grafito. Imágenes de SEM demostraron una alta cantidad de nanolistones con poco material amorfo y los espectros de XPS se comprueba la existencia de nitrógeno enlazado con el carbono presente en los nanolistones, espectroscopía Raman indicó que las muestras con mejor nivel de grafitización son las elaboradas con pirazina. Algunas de las muestras obtenidas en la síntesis fueron empleadas para la fabricación de sensores de electrodos interdigitados. Un parámetro importante para el los sensores es la dispersión de las muestras sobre la superficie del electrodo y esto se observó usando microscopía óptica. Estos electrodos fueron expuestos al interior de una cámara con una concentración conocida de vapores de alcohol y el cambio de resistencia se midió a través de una interfaz de comunicación con Arduino."

"Nowadays, detection and digital measurement of physical and molecular properties is becoming an essential part for the implementation of the so-called Internet of Things, which principal approach is to fully integrate the electronic devices in the daily life. Organic electronics is one of the best candidates to this approach because of its natural characteristics. Carbon nanostructures are creating a high expectative around its use in complex electronic systems, mainly due to its simple fabrication, which allows controlling its nanometric scale via the experimental parameters and synthesis conditions. In this work, graphene nanoribbons were synthetized by using the aerosol assisted chemical vapor deposition method (AACVD). Three different nitrogen precursors were used and two different concentrations (pyridine, pyrazine and pyrrole at 1% and 2% respectively), allowing different N-doping onto the graphite lattice. SEM measurements demonstrated a high presence of carbon nanoribbons and the XPS spectra showed the presence of nitrogen atoms bonded to the carbon atoms in the nanoribbons. Raman spectroscopy indicated that the samples with the highest level of graphitization were those synthesized with pyrazine. Some of the synthesized samples were used for the fabrication of interdigitated electrodes sensors. An important parameter for the gas sensor was the nanostructure dispersions on the electrode and this was observed using optical microscopy. These electrodes were exposed to a chamber filled with a known concentration of ethanol vapor and the resistance changes were measured using an Arduino interface."