Pesquisa utiliza simulações computacionais para investigar como a umidade influencia o desempenho de sensores de gases à base de óxido de zinco
A pesquisadora Isabelle Leão Gomes, vinculada à pós-graduação do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), recebeu o prêmio de melhor apresentação oral no simpósio Frontiers in Computational Surface Science: Reactivity, Interfaces and Material Design, durante o Congresso da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat), realizado no último dia 29 de setembro, em Curitiba, no Paraná. O evento reuniu 2.150 participantes.
O trabalho premiado, intitulado “Theoretical approach for enhancing ZnO-based sensors: Effects of humidity” (“Abordagem teórica para aprimorar sensores à base de ZnO: efeitos da umidade”), foi desenvolvido no âmbito do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
A pesquisa investiga como a presença de água no ambiente pode interferir no funcionamento de sensores de gases fabricados com óxido de zinco (ZnO), um material com potencial para aplicações em dispositivos de detecção de gases tóxicos, inflamáveis e poluentes.
Um dos desafios no desenvolvimento desses sensores é garantir que eles apresentem sensibilidade e seletividade mesmo sob diferentes condições ambientais. As moléculas de água podem interagir com os sítios ativos da superfície do material, competindo com as moléculas dos gases que se pretende detectar. Esse processo pode alterar a resposta do sensor e comprometer sua eficiência.
O problema é especialmente relevante em aplicações como o monitoramento da qualidade do ar e a identificação de substâncias perigosas, entre elas o monóxido de carbono (CO), um gás altamente tóxico, incolor e inodoro, cuja detecção é fundamental para a segurança em ambientes residenciais, industriais e urbanos.
Simulações computacionais investigam interações moleculares
Para compreender os mecanismos envolvidos, os pesquisadores utilizaram a teoria do funcional da densidade (DFT), método baseado na mecânica quântica que permite investigar as propriedades eletrônicas dos materiais e as interações entre átomos e moléculas.
As simulações consideraram diferentes superfícies de óxido de zinco, analisando como sua estrutura e morfologia influenciam as interações com as moléculas de água e os gases. O estudo avaliou as energias de adsorção, a transferência de carga elétrica e as modificações na estrutura eletrônica do material.
A partir dessas análises, a pesquisa busca compreender como a presença de umidade modifica os processos de adsorção e interfere no desempenho dos sensores. O conhecimento desses mecanismos pode orientar o desenvolvimento de dispositivos mais sensíveis e seletivos, capazes de operar de maneira confiável em diferentes condições ambientais.
Colaboração científica internacional
O trabalho é resultado de uma colaboração entre pesquisadores de instituições brasileiras e espanholas, além da participação de um pesquisador vinculado a uma instituição francesa.
Além de Isabelle L. Gomes, participaram Felipe Lipsky, do Institut Charles Gerhardt de Montpellier, na França; Miguel A. San-Miguel, do Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp); Juan Andrés, da Universitat Jaume I de Castellón, na Espanha; Elson Longo, do CDMF e do Departamento de Química da UFSCar; e Lourdes Gracia, da Universidade de Valência, na Espanha.
