Nanotubos de titânio são superdetectores de hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/08/2003

Nanotubos de dióxido de titânio (TiO₂) mostraram-se 1.500 vezes melhores do que os até agora considerados mais eficientes materiais para detecção de hidrogênio. Isso torna o material adequado para utilização como sensor do gás, com a vantagem adicional de não ser contaminado pelo material sendo analisado.

"Historicamente nós temos focado a tecnologia dos sensores de um ponto de vista da área superficial," explica o Dr. Craig A. Grimes, professor da Penn State University (Estados Unidos). "O princípio em jogo nos nanotubos de dióxido de titânio não é a área de superfície, mas a conectividade dos minúsculos tubos e nós percebemos uma incrível alteração na resistência elétrica."

Quando o hidrogênio entra em contato com os nanotubos de titânia ele flui ao longo de todas as superfícies. Mas ele também separa-se em átomos individuais carregados e permeia a superfície dos nanotubos. Esses íons de hidrogênio fornecem os elétrons necessários para a condutividade. A alteração na condutância, que se eleva muito acima dos padrões normais, indica a presença de hidrogênio, o que faz com que o material funcione como um sensor do gás.

"Muitos pesquisadores já tentaram utilizar nanotubos de carbono para a detecção de gases, mas eles não funcionam muito bem," continua Grimes. "O dióxido de titânio tem uma sensitividade realmente muito grande e uma excelente resposta." Segundo o professor, além de barato de se produzir, o material pode ser reutilizado.

Sensores de hidrogênio são utilizados em controle de qualidade na indústria de alimentos. Em fornos de padarias, por exemplo, são sensores de hidrogênio que detectam quando os produtos estão assados, através do monitoramento da quantidade de hidrogênio no ar. Eles são também utilizados em motores de automóveis para se evitar a emissão de gases poluentes em grandes quantidades. Futuramente, esses sensores poderão ser utilizados para monitoramento de infecções por bactérias em crianças.

Os pesquisadores utilizaram nanotubos de 22 e 76 nanômetros de diâmetro. Os dois tamanhos diferem em área de superfície por um fator de dois, mas a resposta à presença de hidrogênio é 200 vezes maior nos tubos de 22 nanômetros do que naqueles de 76 nanômetros. Os cientistas concluíram que a sensibilidade do material vem da sua arquitetura e não de sua superfície. Eles sugerem que as moléculas de hidrogênio se dissociam na superfície do dióxido de titânio, difundindo-se em sua estrutura molecular, agindo como doadores de elétrons.

Um dos principais problemas freqüentemente encontrados nos sensores é que eles são contaminados pelo gás que estão testando ou mesmo por outros gases atmosféricos e param de funcionar. Os pesquisadores afirmam ter testado os nanotubos de dióxido de titânio com dióxido de carbono, monóxido de carbono, amônia e oxigênio, encontrando pouca interferência em seu funcionamento. Ainda segundo seus testes, os nanotubos de titânio são capazes de monitorar hidrogênio em taxas de uma parte por milhão até concentrações de quatro por cento.