Fabricación de películas delgadas de cerámica de CaCu3Ti4O12 con y sin dopaje de niquel, platino y antimonio para ser aplicadas como sensores de gases
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2023Metadata
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Espinoza González, Rodrigo
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Fabricación de películas delgadas de cerámica de CaCu3Ti4O12 con y sin dopaje de niquel, platino y antimonio para ser aplicadas como sensores de gases
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Professor Advisor
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.
xmlui.dri2xhtml.METS-1.0.item-notadetesis.item
Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Química
Patrocinador
Fondecyt 1191779, Anillo
ACT210059 y por el Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales.
Identifier
URI: https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/198505
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