Fabricación de películas delgadas de cerámica de CaCu3Ti4O12 con y sin dopaje de niquel, platino y antimonio para ser aplicadas como sensores de gases

Abstract

La contaminación ambiental es una gran preocupación hoy en día para la sociedad. Dentro de los gases más preocupantes están los nitratos de oxígeno, específicamente el NO2 , que proviene de las emisiones generadas por los vehículos y de las industrias. Las consecuencias son de efectos negativos tanto para la salud como para el medio ambiente. Ante esto, es de gran importancia la detección de los gases contaminantes. Para esto es importante la preparación de materiales que puedan modificar sus características y propiedades solo en presencia de un gas de interés, es decir, que sean reversibles. Uno de los materiales de interés es el CaCu3Ti4O12 (CCTO), el cual se obtiene mediante la técnica sol-gel, que permite obtener el material con la menor cantidad de impurezas. El estudio se llevó a cabo con doce muestras, dos de ellas obtenidas en 2021 mediante el uso de nitratos, y las siguientes diez muestras fueron obtenidas en 2023, donde cinco de ellas se obtienen a base de carbonatos y las otras cinco a base de nitratos. La preparación del material se hizo puro y dopado con níquel, antimonio y platino, por separado, para de esta forma buscar mejoras en la respuesta sensora. Las pruebas fueron realizadas ante distintos gases (NO2 , H2 , CO, C2H2 , C2H4 ), a distintas temperaturas (100, 150, 200, 250 y 300°C) y a distintas concentraciones (2, 5, 10, 25, 50 y 100 ppm). Obteniendo que la mejor respuesta es ante NO2 , siendo el gas de interés a estudiar y a 250°C respondiendo ante todas las concentraciones estudiadas. Las respuestas sensoras fueron reproducibles, y en general se observa que el CCTO puro presenta las mejores medidas, los dopantes utilizados no provocaron las mejoras esperadas. Una vez conocida la mejor respuesta del material, es de interés estudiar el por qué ocurre en esas condiciones. Para eso, mediante la técnica DRIFTS se realiza el estudio del mecanismo de reacción del CCTO ante la mezcla de NO2 diluido con oxígeno y diluido con helio. El mecanismo demuestra que la interacción genera el nitrato NO2 - y es de alta señal ante el gas diluido con oxígeno. En general se concluye que la mejor forma de obtener el CCTO es mediante la técnica solgel con uso de nitratos, tiene respuesta como sensor de gas ante el NO2 y dando la mejor respuesta a 250°C. El CCTO dopado presenta respuestas bastante similares que el puro, pero no presenta mejoras visibles, solo al 3% de platino, presenta una mejora en la temperatura de estudio, siendo de 200°C.