@PhDThesis{Silva:2015:DeElSe,
author = "Silva, Silvelene Alessandra da",
title = "Desenvolvimento de elementos sensores do tipo capacitivo composto
por filme de cer{\^a}mica porosa, com eletrodos integrados, para
monitoramento de umidade do ar",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2015",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2015-05-26",
keywords = "elemento sensor, eletrodos integrados, sensor cer{\^a}mico
capacitivo, filme cer{\^a}mico, umidade do ar, sensor element,
integrated electrodes, capacitive ceramic sensor, ceramic film,
air humidity.",
abstract = "O processo da mudan{\c{c}}a clim{\'a}tica, que vem se agravando
nas {\'u}ltimas d{\'e}cadas tem exigido cada vez mais
esfor{\c{c}}os no desenvolvimento de sensores para o
monitoramento de umidade do solo e do ar, exigindo cada vez mais
estudos e pesquisas de novos materiais para serem aplicados como
elementos sensores mais confi{\'a}veis, vers{\'a}teis e de menor
custo/benef{\'{\i}}cio. No Brasil, al{\'e}m das
condi{\c{c}}{\~o}es clim{\'a}ticas t{\'{\i}}picas de um
pa{\'{\i}}s tropical existe tamb{\'e}m uma maior
incid{\^e}ncia de radia{\c{c}}{\~o}es ionizantes provenientes
dos raios c{\'o}smicos devido a Anomalia Magn{\'e}tica do
Atl{\^a}ntico Sul (AMAS). Os elementos sensores cer{\^a}micos
atendem a estes requisitos al{\'e}m de apresentar maior
in{\'e}rcia qu{\'{\i}}mica e melhor resist{\^e}ncia
mec{\^a}nica do que os polim{\'e}ricos. Neste trabalho, {\'e}
proposta a pesquisa e o desenvolvimento de elementos sensores na
forma de filmes de cer{\^a}mica porosas com eletrodos
met{\'a}licos interdigitados, que ser{\~a}o utilizados no
monitoramento de umidade relativa do ar. Para isso, pretende-se
focar no processamento, na deposi{\c{c}}{\~a}o dos filmes no
substrato, na caracteriza{\c{c}}{\~a}o dos filmes, na
deposi{\c{c}}{\~a}o dos eletrodos met{\'a}licos e nas
caracteriza{\c{c}}{\~o}es el{\'e}tricas. Os substratos de
Al\$_{2}\$O\$_{3}\$ \$\alpha\$ foram obtidos por
compacta{\c{c}}{\~a}o do p{\'o} por prensagem uniaxial e
sinterizados na temperatura de 1600 \$^{°}\$C. Foram realizadas
as identifica{\c{c}}{\~o}es das fases cristalinas pela
t{\'e}cnica de difratometria de raios X (DRX), as an{\'a}lises
das caracter{\'{\i}}sticas morfol{\'o}gicas e das
microestruturas dos p{\'o}s e das cer{\^a}micas sinterizadas
foram feitas pela t{\'e}cnica de microscopia eletr{\^o}nica de
varredura (MEV) e a densidade foi obtida pela t{\'e}cnica de
Arquimedes. Os filmes cer{\^a}micos foram preparados com p{\'o}s
comerciais de ZrO\$_{2}\$ e de TiO\$_{2}\$ na
propor{\c{c}}{\~a}o de 1:1 em massa, as suspens{\~o}es em
{\'a}lcool et{\'{\i}}lico foram preparadas com 10, 12,5, e 15
\% (em massa) de s{\'o}lidos (mistura dos p{\'o}s de
ZrO\$_{2}\$ e de TiO\$_{2}\$) defloculados com PABA
({\'a}cido 4-amino benz{\'o}ico) de acordo com par{\^a}metros
de processo obtidos experimentalmente. Estas suspens{\~o}es foram
utilizadas para a obten{\c{c}}{\~a}o de filmes depositados no
substrato via \emph{dip coating}. Os filmes cer{\^a}micos foram
secos e sinterizados em 1200 \$^{º}\$C, por 2 horas. Nos filmes
sinterizados foram realizadas as identifica{\c{c}}{\~o}es das
fases cristalinas por DRX, as an{\'a}lises das
caracter{\'{\i}}sticas morfol{\'o}gicas e das microestruturas
dos filmes sinterizados por MEV, as an{\'a}lises
qu{\'{\i}}micas pela t{\'e}cnica de espectroscopia por energia
dispersiva de raios X (EDX). Para a deposi{\c{c}}{\~a}o dos
eletrodos de ouro foram confeccionados m{\'a}scaras
mec{\^a}nicas e os eletrodos interdigitados foram obtidos pela
t{\'e}cnica de deposi{\c{c}}{\~a}o f{\'{\i}}sica de fase
vapor com evapora{\c{c}}{\~a}o por feixe de el{\'e}trons
(EB-PVD). As caracteriza{\c{c}}{\~o}es el{\'e}tricas foram
feitas em uma c{\^a}mara clim{\'a}tica, e os valores de
capacit{\^a}ncia medidos por uma ponte RLC, em fun{\c{c}}{\~a}o
de quantidades crescentes e decrescentes de umidade relativa
ambiente, nas temperaturas de 25, 35, 45 e 55\$^{º}\$ C. O
resultado mais significante deste trabalho foi o aumento nos
valores da capacit{\^a}ncia medida para todos os elementos
sensores na forma de filmes porosos com eletrodos incorporados,
que foram relacionadas ao arranjo dos eletrodos como capacitores
em paralelo. Os elementos sensores com 12,5, e 15 \% de
s{\'o}lidos apresentaram maiores varia{\c{c}}{\~o}es de
capacit{\^a}ncia com a umidade relativa, menores histereses e
maior estabilidade com a temperatura. As an{\'a}lises dos
resultados indicaram que os elementos sensores capacitivos de
filme de cer{\^a}mica porosa de ZrO\$_{2}\$-TiO\$_{2}\$
desenvolvidos neste trabalho, s{\~a}o muito promissores quanto ao
potencial de utiliza{\c{c}}{\~a}o no monitoramento da umidade do
ar. ABSTRACT: The process of climate change, which has been
aggravating in recent decades have required more and more efforts
in the development of sensors for monitoring soil moisture and
air, demanding ever more studies and research of new materials to
be applied as sensing elements more reliable, versatile and less
cost-benefit. In Brazil, besides the typical climatic conditions
of a tropical country there is also a higher incidence of ionizing
radiation from cosmic rays due to South Atlantic Magnetic Anomaly
(AMAS). The ceramic sensing elements satisfy this requirement in
addition to presenting greater chemical inertness and better
mechanical strength than the polymeric. In this work, it is
proposed the research and the development of sensing elements in
the form of ceramic porous films with interdigitated metallic
electrodes that will be used in monitoring of relative humidity of
the air. For this, you want to focus on processing, in deposition
of films on the substrate, in the characterization of the films,
in the deposition of metal electrodes and in electrical
characterizations. The Al\$_{2}\$O\$_{3}\$ substrates were
obtained by compacting the powder and uniaxial pressing and
sintered at temperature of 1600\$^{°}\$ C. For the
identification of crystalline phases was used the technique of
x-ray diffractometry (XRD), the analysis of morphological
characteristics and microstructures of sintered ceramics and
powders were made by scanning electron microscopy (SEM) and the
density was obtained by the technique of Archimedes. Ceramic films
were prepared with powdered TiO\$_{2}\$ and ZrO\$_{2}\$
commercials in proportion of 1:1 by mass, the suspensions in ethyl
alcohol were prepared with 10, 12.5, and 15 \% (by mass) of
solids (mixture of powders of TiO\$_{2}\$ and ZrO\$_{2}\$)
deflocculated with PABA (4-amino benzoic acid) in accordance with
process parameters obtained experimentally. These suspensions were
used to obtain films deposited on the substrate via dip coating.
The ceramic films were dried and sintered at 1200 \$^{°}\$C for
2 hours. In the sintered films were performed identifications of
crystalline phases by XRD, the analysis of morphology and
microstructure of the sintered films by SEM, and the chemical
analysis by spectroscopy energy dispersive X-ray (EDX). For the
deposition of gold electrodes were made mechanical masks and
interdigitated electrodes were obtained by the technique of
physical deposition vapor phase with electron beam evaporation
(EB-PVD). The electrical characterizations were made in a climate
chamber, in function of increasing and decreasing amount function
of enclosed humidity, and capacitance values measured by a RLC
bridge, at temperatures of 25, 35, 45 and 55 \$^{°}\$C. The most
significant result of this work was the increase in the values of
capacitance measured for all sensing elements in the form of
porous films with embedded electrodes, which were related to the
arrangement of the electrodes as capacitors in parallel. The
sensing elements with 12.5 and 15 of solids larger capacitance
variations submitted with the relative humidity, the less
hysteresis and more stable with temperature. The analysis of the
results indicated that the elements capacitive sensors of porous
ceramic film ZrO\$_{2}\$-TiO\$_{2}\$ developed in this work
are very promising as to the potential for use in monitoring the
air humidity.",
committee = "Nono, Maria do Carmo de Andrade (presidente/orientadora) and
Oliveira, Rodrigo de Matos (orientador) and An, Chen Ying and
Piorino Neto, Francisco and Muccillo, Eliana Navarro dos Santos
and Melo, Francisco Cristov{\~a}o Louren{\c{c}}o de",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Development of sensor elements of capacitive type composed by
porous ceramic film with integrated electrodes for air moisture
monitoring",
language = "pt",
pages = "116",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3JT9CQB",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3JT9CQB",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}