Sensores flexíveis de contaminantes potencialmente corrosivos do gás natural baseados em nanocompósitos hierárquicos de grafeno e óxidos metálicos

Abstract

A crescente demanda por sensores de gás portáteis de baixa potência, essenciais para monitoramento ambiental e segurança em indústrias de alto risco, como petróleo, gás e refinarias, tem impulsionado pesquisas nesta área. Esta necessidade é decorrente da presença de gases tóxicos, inflamáveis e corrosivos, representando riscos graves para a saúde humana e ao meio ambiente. Compostos de enxofre, especialmente o sulfeto de hidrogênio (H2S), e vapores de água podem corroer tubulações, levando a vazamentos prejudiciais. Observa-se uma tendência crescente na utilização de nanomateriais carbonáceos, especialmente o grafeno e seus derivados, como o óxido de grafeno reduzido, como materiais sensores, devido às suas propriedades eletrônicas e morfológicas únicas. A sensibilização por metais nobres, através de interações químicas e/ou eletrônicas, surge como um método eficaz para aprimorar a capacidade de detecção do grafeno, especialmente para gases como o H2S, facilmente adsorvido em folhas de grafeno hibridizadas com óxidos de metais nobres e de transição. Neste trabalho, nanocompósitos hierárquicos de grafeno e nanopartículas de óxidos metálicos foram obtidos através da técnica de síntese química solvotérmica e depositados em fios de tecido. Estes fios condutores foram transformados em sensores flexíveis de gás/vapor, mostrando uma alta sensibilidade na detecção de H2S na faixa de concentração de 10 a 2000 ppm. As modificações nos parâmetros revelaram uma variação percentual na condutividade elétrica de até 130%, oferecendo um maior alcance de detecção. Além disso, esses sensores demonstraram alta responsividade às variações na umidade relativa do ar, mantendo uma resposta linear entre 10% e 90% de umidade relativa e uma faixa de temperatura ambiente de 18°C a 31°C. Este estudo inovador não apenas apresenta uma abordagem única usando grafeno como aditivo, mas também propõe uma nova era de sensores eletrônicos portáteis, com aplicabilidades diversas e relevantes para a indústria de alto risco.