Desenvolvimento de um sensor de humidade usando estruturas anódicas de óxido de aluninio

Abstract

Esta dissertação está essencialmente dividida em duas partes, designadamente a produção de óxidos de alumínio anodizados e a produção de um sensor capacitivo de humidade a partir desses mesmo óxidos. A produção de estruturas anódicas é um processo eletroquímico, a partir do qual é formada uma fina camada anódica na superfície de um metal, que neste caso foi o alumínio. Este processo tem, nos últimos anos, suscitado bastante interesse a nível científico e industrial pois o seu custo de produção é relativamente baixo e são estruturas relativamente estáveis a elevadas temperaturas e solventes orgânicos. Além disso, tem um conjunto de aplicações bastante diverso associadas à área da nanotecnologia. Inicialmente, procedeu-se à produção de estruturas AAO com três tipos de morfologia caracterizadas por diâmetros de poro de aproximadamente 130- 180 nm, 30-60 nm e 20-30 nm. Os processos realizados denominam-se por anodização suave e dura sendo, entre os dois processos de anodização mais conhecidos, o segundo ocorrendo mais rápido que o primeiro. Posteriormente, as amostras produzidas foram observadas em SEM, de forma a selecionar as que, aparentemente, possuíam uma morfologia padronizada estruturalmente mais aceitável. Para a produção do sensor, foi executada a técnica de “sputtering” sobre as amostras selecionadas de forma a ser depositada uma camada de ouro sobre a membrana produzida. Novamente, através da observação em SEM, demonstrou-se que o padrão das estruturas AAO foi transferido com sucesso para o filme fino de Au. Após a produção das amostras se encontrar completa, estas foram expostas a condições caracterizadas por diferentes teores de humidade relativa de forma a se obterem resultados sobre o tempo e o tipo de resposta a essas mesmas variações, podendo assim por fim, registar-se a sua resposta capacitiva e observar qual o tipo de amostra que demonstra maior sensibilidade para este tipo de funcionalidade.

This work is divided into two parts, the production of anodized aluminum oxides and the production of a humidity sensor from these same oxides. The production of anodic structures is an electrochemical process, from which a thin anodic layer is formed on the surface of a metal, which in this case was aluminum. This process has attracted considerable scientific and industrial interest in recent years since its cost of production is relatively low and have relatively stable structures at high temperatures and organic solvents. In addition, it has a very diverse set of applications linked to nanotechnology. Initially AAO structures of three types with a pore diameter of approximately 130-180 nm, 30-60 nm and 20-30 nm were produced. The processes performed are called soft and hard anodizing, and the second is faster than the first. Subsequently, the samples produced were visualized in SEM, in order to select those that apparently had a structurally acceptable standard morphology. For the production of the sensor, a sputtering technique was performed on the selected samples in order to deposit a layer of gold on the membrane produced. What, again through SEM, was demonstrated that the pattern of AAO structures was successfully transferred to the thin film of Au. After the samples were complete, they were exposed to conditions of different concentrations of humidity in order to obtain results on the time and the type of response to these same variations, in order to be able to observe their capacitive response and observe which the type of sample that demonstrates greater sensitivity for this type of functionality.