BRPI0720568A2 - Material de carbono microporoso com depósito de plasma - Google Patents

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Moses M David
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John E Trend
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Description

"MATERIAL DE CARBONO MICROPOROSO COM DEPÓSITO DE PLASMA" Campo da Invenção
A presente descrição refere-se a um material de carbono microporoso com depósito de plasma, métodos para a formação do material de carbono microporoso, e artigos que incluem o mesmo.
Antecedentes
O desenvolvimento de sensores químicos robustos para uma faixa de analitos continua sendo um importante empreendimento para aplicações como monitoramento ambiental, controle de qualidade do produto e dosimetria química. Dentre os muitos métodos disponíveis para detecção química, técnicas colorimétricas continuam sendo vantajosas, já que nelas o olho humano pode ser usado para transdução de sinal, ao invés de instrumentação extensiva.
Apesar de já existirem sensores colorimétricos para uma faixa de analitos, a maioria deles são baseados no emprego de corantes ou indicadores químicos coloridos para detecção. Tais compostos são tipicamente seletivos, o que significa que matrizes são necessárias para permitir detecção de diversas classes de compostos. Além disso, muitos destes sistemas possuem limitação de tempo de vida devido ao fotobranqueamento ou a reações colaterais indesejáveis. Outras técnicas de detecção óptica, como ressonância de plásmon de superfície e interferometria espectral, exigem ferramentas substancias de transdução de sinal para fornecer resposta e, portanto, não são úteis para simples indicação visual. Os métodos para a síntese do assim chamado carvão ativado são conhecidos.
Embora estes métodos produzam redes de carvão poroso, a distribuição de tamanho de poro é muito ampla e descontrolada.
Sumário
A presente descrição refere-se a um material de carbono microporoso com depósito de plasma, métodos para a formação do material de carbono, e artigos que incluem o mesmo.
Em uma primeira modalidade, um material de carbono microporoso inclui um esqueleto de carvão poroso com uma tamanho médio de poro de 0,1 a 10 nanômetros, sendo substancialmente isento de poros maiores que 1 micrômetro.
Em outra modalidade, um método para a formação de um material de carbono microporoso inclui a formação de um plasma de hidrocarboneto a partir de um gás de hidrocarboneto, deposição do plasma de hidrocarboneto em um substrato para formar uma camada de hidrocarboneto, e aquecimento da camada de hidrocarboneto e remoção de ao menos uma porção do hidrogênio para formar um material de carbono microporoso. Em algumas modalidades, a camada de hidrocarboneto tem uma porcentagem atômica de carbono maior que 50% e uma porcentagem atômica de hidrogênio menor que 50%.
Breve Descrição dos Desenhos A invenção pode ser entendida mais completamente levando-se em consideração a descrição detalhada a seguir de diversas modalidades da invenção, em conjunto com os desenhos em anexo nos quais:
A FIGURA 1 é uma vista esquemática em seção transversal de um material de carbono microporoso ilustrativo,
A FIGURA 2 é um diagrama de fluxo de um método ilustrativo para a formação de um material de carbono microporoso,
A FIGURA 3 é uma vista esquemática em seção transversal de um artigo ilustrativo que inclui uma camada de esqueleto de carbono microporoso, A FIGURA 4 é uma vista esquemática em seção transversal de outro artigo
ilustrativo que inclui uma camada de esqueleto de carbono microporoso,
A FIGURA 5 é um histograma de distribuição de poros do material de carbono microporoso formado no exemplo 2,
A FIGURA 6 é a parte real do gráfico do índice de refração do material de carbono microporoso do exemplo 3,
A FIGURA 7 é a parte imaginária do gráfico do índice de refração do material de carbono microporoso do exemplo 3,
A FIGURA 8 é o gráfico de resposta de vapor orgânico (VO) do material de carbono microporoso do exemplo 4, A FIGURA 9 é o gráfico de resposta de tolueno espectral do material de carbono
microporoso do exemplo 4,
A FIGURA 10 é o gráfico de resposta de umidade do material de carbono microporoso (amostra) do exemplo 4 versus o carbono,
A FIGURA 11 é o gráfico de resposta de tolueno do material de carbono microporoso do exemplo 5A,
A FIGURA 12 é o gráfico de resposta de metil etil cetona (MEC) do material de carbono microporoso do exemplo 5A,
A FIGURA 13 é o gráfico de resposta de álcool isopropílico (AIP) do material de carbono microporoso do exemplo 5A, A FIGURA 14 é o gráfico de resposta de etilbenzeno do material de carbono
microporoso do exemplo 5A,
A FIGURA 15 é o gráfico do índice de refração η do material de carbono microporoso do exemplo 5B,
A FIGURA 16 é o gráfico do índice de refração k do material de carbono microporoso do exemplo 5B,
A FIGURA 17 é o gráfico de resposta de tolueno espectral do material de carbono microporoso do exemplo 6, A FIGURA 18 é o gráfico de resposta de tolueno espectral do material de carbono microporoso do exemplo 7,
A FIGURA 19 é o gráfico de resposta de MEC espectral do material de carbono microporoso do exemplo 7,
A FIGURA 20 é o gráfico de resposta de vapor orgânico do material de carbono microporoso do exemplo 8, e
A FIGURA 21 é o gráfico de resposta de umidade do material de carbono microporoso (a-carbono) do exemplo 8 versus o carbono de coco e um filme com depósito de plasma de silício/carbono/oxigênio (SiCO).
As FIGURAS não estão necessariamente representadas em escala. Números similares usados nas FIGURAS referem-se a componentes semelhantes. Entretanto, ficará entendido que o uso de um número para se referir a um componente em uma determinada FIGURA não pretende limitar o componente em uma outra FIGURA identificada com o mesmo número.
Descrição Detalhada
Na seguinte descrição, a referência é feita aos desenhos em anexo que formam uma parte disto e os quais são mostrados por meio de ilustração de várias modalidades específicas. Deve-se entender que outras modalidades são contempladas e alterações estruturais podem ser feitas sem se afastar do escopo ou espírito da presente invenção. Portanto, não se deve adotar a descrição detalhada a seguir em um caráter limitador.
Todos os termos técnicos e científicos usados na presente invenção têm significados comumente usados na técnica, exceto onde especificado em contrário. As definições aqui fornecidas são para facilitar o entendimento de certos termos usados freqüentemente na presente invenção e não pretendem limitar o escopo da presente descrição.
Exceto onde indicado em contrário, todas as referências numéricas que expressam atributos de tamanhos, quantidades e propriedades físicas usadas no relatório descritivo e nas reivindicações devem ser compreendidas no sentido de serem modificadas em todas as instâncias pelo termo "cerca de." Consequentemente, exceto onde indicado em contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no relatório descritivo anteriormente mencionado e nas reivindicações em anexo são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que os versados na técnica pretendem obter através da utilização das técnicas aqui apresentadas.
A menção de intervalos de números com extremos inclui todos os números contidos neste intervalo (por exemplo, 1 a 5 inclui 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, e 5) e qualquer faixa dentro deste intervalo.
Conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações em anexo, as formas singulares "um", "uma", "o" e "a" abrangem as modalidades que apresentam referentes plurais, exceto onde o conteúdo determina claramente o contrário. Conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações em anexo, o termo "ou" é genericamente empregado em seu sentido incluindo "e/ou" exceto onde o conteúdo determina claramente o contrário.
Entende-se que o termo "polímero" irá incluir polímeros, copolímeros (por exemplo, polímeros formados com o uso de dois ou mais monômeros diferentes), oligômeros e combinações dos mesmos, bem como polímeros, oligômeros, ou copolímeros que podem ser formados em uma blenda miscível.
"Poroso", quando usado em relação a um material, significa que o material contém uma rede conectada de poros (os quais podem ser, por exemplo, aberturas, espaços intersticiais ou outros canais) ao longo de todo seu volume.
"Tamanho", quando usado em relação a um poro, significa o diâmetro de um poro que tem seção transversal circular, ou o comprimento da corda transversal mais longa que pode ser traçada ao longo de um poro de seção transversal não-circular.
"Microporoso", quando usado em relação a um material, significa que o material é poroso, com tamanho médio de poro de cerca de 0,3 a 100 nanômetros.
"Amorfo" significa um material não-cristalino ordenado de modo substancialmente aleatório, que não tem picos de difração de raios X ou que tem picos de difração de raios X modestos.
"Plasma" significa um estado de matéria parcialmente ionizado gasoso ou fluido, contendo espécies reativas que incluem elétrons, íons, moléculas neutras, radicais livres, e outros átomos e moléculas em estado de excitação. Luz visível e outras radiações são tipicamente emitidas a partir do plasma, conforme as espécies incluídas no plasma relaxam de vários estados de excitação para estados mais baixos ou de base.
"Hidrocarboneto" refere-se a um composto orgânico consistindo dos elementos carbono e hidrogênio.
Esta descrição refere-se a um material de carbono microporoso que tem um tamanho de poro controlado. Em particular, a presente descrição é direcionada a um material de carbono microporoso que tem um esqueleto de carvão poroso com um tamanho médio de poro de 0,1 a 10 nanômetros, substancialmente isento de poros maiores que 1 micrômetro, e artigos formados por estes materiais. Estes materiais são preparados através de deposição de plasma de um filme de hidrocarboneto com uma rede covalente aleatória, a partir da fase gasosa do plasma, e, então, aquecimento (isto é, recozimento) do filme delgado de hidrocarboneto para remover o hidrogênio da rede reticulada ou de um esqueleto de carbono. A densidade da rede covalente aleatória pode ser ajustada com precisão durante a deposição, o que permite que o tamanho dos poros e sua distribuição no esqueleto do carbono resultante seja controlada com exatidão. Enquanto que a presente invenção não é limitada por este conceito, uma apreciação de vários aspectos da invenção será ganha através da discussão dos exemplos fornecidos abaixo.
A FIGURA 1 é uma vista esquemática em seção transversal de um material de carbono microporoso ilustrativo 100. O material de carbono microporoso 100 inclui um esqueleto de carvão poroso 115. Em muitas modalidades, o esqueleto de carvão poroso 115 consiste essencialmente em carbono (por exemplo, tem uma porcentagem atômica de carbono maior que 90%, ou tem uma porcentagem atômica de carbono maior que 95%, ou tem uma porcentagem atômica de carbono maior que 99%).
O esqueleto de carvão poroso 115 define uma pluralidade de poros 110. Os poros 110 têm um tamanho médio de poro de 0,1 a 10 nanômetros, e o esqueleto de carvão poroso 115 é substancialmente isento de poros maiores que 1 micrômetro. Em muitas modalidades, os poros 110 têm um tamanho médio de poro de 0,1 a 10 nanômetros, e o esqueleto de carvão poroso 115 é substancialmente isento de poros maiores que 100 nanômetros.
O esqueleto de carvão poroso 115 tem uma porosidade de 10% ou mais, ou de 30% ou mais, ou 50% ou mais, dependendo de como o esqueleto de carvão poroso 115 é formado (descrito a seguir). Em muitas modalidades, o esqueleto de carvão poroso 115 é opticamente transparente no espectro da luz visível, ou tem um coeficiente efetivo de extinção menor que 1, menor que 0,5, ou menor que 0,1 numa região de 400 a 800 nm do espectro eletromagnético.
Este material de carbono microporoso 100 tem inúmeras características desejáveis. Este material tem uma alta porosidade (por exemplo, maior que 10%, maior que 30%, ou maior que 50%), tamanho de poro pequeno e uniforme (por exemplo, menor que 100 nanômetros, ou menor que 10 nanômetros), alta área superficial (por exemplo, maior que 100 m2/g, ou maior que 500 m2/g), é inerte (por exemplo, resistente a solventes, ácidos, bases, e não são extraíveis), tem um índice de refração elevado (por exemplo, maior que 1,8 a 2,2), fornece uma espessura de filme precisamente adaptável, fornece alta estabilidade térmica, é biocompatível, tem condução elétrica, e é transparente sob luz visível.
A FIGURA 2 é um diagrama de fluxo de um método ilustrativo para a formação de um material de carbono microporoso. No bloco 201, um plasma de hidrocarboneto é formado (conforme descrito mais adiante neste documento). Em muitas modalidades, o plasma é formado, substancialmente, apenas por um material de hidrocarboneto. O plasma de hidrocarboneto é formado a partir de um gás de hidrocarboneto. Em algumas modalidades, a camada de hidrocarboneto tem uma porcentagem atômica de carbono maior que 50% e uma porcentagem atômica de hidrogênio menor que 50%. Em outras modalidades, a camada de hidrocarboneto tem uma porcentagem atômica de carbono maior que 50% e a % restante é uma porcentagem atômica de hidrogênio. Estas porcentagens atômicas podem ser determinadas através de análise de combustão. O gás de hidrocarboneto pode ser qualquer um formado a partir de qualquer hidrocarboneto útil. Exemplos de hidrocarbonetos incluem, mas não se limitam a alcanos, alcenos, alcinos, e hidrocarbonetos cíclicos de cadeia linear ou ramificada, que têm até dez átomos de carbono. Hidrocarbonetos adequados incluem gás de hidrocarboneto alcano (C1-C10)1 alceno (C2-C10)1 ou alcino (C2-C10). Em algumas modalidades, o gás de hidrocarboneto é, por exemplo, um metano, etano, propano, butano, benzeno, ciclohexano, tolueno, etileno, propileno, acetileno e butadieno. Em certas modalidades, o gás de hidrocarboneto é um butano ou butadieno.
No bloco 202, uma camada de hidrocarboneto amorfo é formada pelo plasma de hidrocarboneto. Então, a camada de hidrocarboneto amorfo é recozida no bloco 203, para remover o hidrogênio e formar um material de carbono microporoso (acima descrito). Em muitas modalidades, substancialmente todo o hidrogênio dentro da camada de hidrocarboneto é removido para formar o material de carbono microporoso.
A cristalinidade e a natureza da ligação de um depósito de carbono determina as propriedades físicas e químicas do depósito. O diamante é cristalino, enquanto os filmes de hidrocarboneto amorfos aqui descritos são de um material amorfo não-cristalino, conforme determinado pela difração de raios X. 0 diamante é essencialmente carbono puro, enquanto que estes filmes de hidrocarboneto amorfo contém, essencialmente, carbono e hidrogênio. O diamante tem a maior densidade de compactação, ou densidade de átomo-grama (DAG), de qualquer material, sob condições ambientes de pressão. Sua DAG é de 0,28átomos- grama/cc. Estes filmes de hidrocarboneto amorfo tem uma DAG na faixa de cerca de 0,20 a 0,28 átomos-grama/cc. Em contraste, o grafite tem uma DAG de 0,18 átomos-grama/cc. O diamante tem uma fração atômica de hidrogênio igual a zero, enquanto estes filmes de hidrocarboneto amorfo tem uma fração atômica de hidrogênio situada na faixa de 0,2 a 0,8. A densidade de átomo-grama é calculada a partir das medições do peso e da espessura de um material. "Átomo-grama" refere-se ao peso atômico de um material, expresso em gramas.
A remoção de hidrogênio da camada de hidrocarboneto amorfo cria poros ou espaços vazios definidos por um esqueleto de carbono. Uma fez que a DAG destas camadas de hidrocarboneto amorfo podem se aproximar da DAG do diamante, o tamanho dos poros pode ser projetado para ser muito pequeno e controlável (por exemplo, com uma média de 0,1 a 10 nanômetros, com substancialmente todos os poros tendo menos que 1 micrômetro ou menos que 100 nanômetros).
Em muitas modalidades, um sistema de deposição por plasma inclui eletrodos com um ou ambos energizados por RF e uma câmara de reação aterrada. Um substrato é colocado próximo ao eletrodo e uma bainha iônica é formado ao redor do eletrodo energizado, para estabelecer um campo elétrico amplo ao longo da bainha iônica. O plasma é gerado e sustentado através de uma fonte de alimentação (um gerador de RF operando a uma freqüência na faixa de cerca de 0,001 Hz a cerca de 100 MHz). Para se obter um acoplamento de potência eficiente (isto é, em que a potência refletida é uma pequena fração da potência incidente), a impedância da carga de plasma pode ser igualada à fonte de alimentação através de uma rede de casamento que inclui dois capacitadores variáveis e um indutor. Em muitas modalidades, o substrato tem uma tensão de polarização negativa ou tensão de autopolarização negativa, a tensão pode ser formada por uma corrente contínua (CC).
Em suma, a câmara de reação aterrada é parcialmente evacuada, e a potência da freqüência de rádio é aplicada a um dos dois eletrodos. Uma fonte de hidrocarboneto é introduzida entre os eletrodos para formar um plasma de hidrocarboneto que inclui espécies reativas próximas aos eletrodos, e também para formar uma bainha iônica adjacente a pelo menos um eletrodo. O substrato é exposto às espécies reativas dentro da bainha iônica que está próximo a um eletrodo, para formar uma camada de hidrocarboneto sobre o substrato.
A deposição ocorre sob pressões reduzidas (em relação a pressão atmosférica) e em um ambiente controlado. Um plasma de hidrocarboneto é criado em uma câmara de reação aplicando-se um campo elétrico ao gás contendo carbono. Os substratos sobre os quais o filme de hidrocarboneto será depositado são geralmente mantidos em um vaso ou recipiente no reator. A deposição do filme de hidrocarboneto pode ocorrer a uma taxa na faixa de cerca de 1 nanômetro por segundo (nm/segundo) a cerca de 100 nm/segundo (de cerca de angstrons por segundo a cerca de 1.000 angstrons por segundo), dependendo das condições, incluindo pressão, potência, concentração do gás, tipos de gases, tamanho relativo dos eletrodos, etc. Em geral, as taxas de deposição aumentam com o aumento da potência, pressão, e concentração do gás, mas as taxas irão se aproximar de um limite superior.
As espécies de hidrocarboneto dentro do plasma de hidrocarboneto reagem sobre a superfície do substrato para formar ligações covalentes, resultando em um filme de hidrocarboneto amorfo sobre a superfície do substrato. O substrato pode ser mantido em um vaso ou recipiente dentro de uma câmara evacuável capaz de manter as condições que produzem a deposição do filme de hidrocarboneto. Isto é, a câmara fornece um ambiente que permite o controle, entre outras coisas, da pressão, do fluxo de vários inertes e dos gases de hidrocarboneto reativos, da tensão dada ao eletrodo energizado, da potência do campo elétrico ao longo da bainha iônica, da formação de um plasma de hidrocarboneto que contém espécies de hidrocarboneto reativas, da intensidade do bombardeamento de íons e da taxa de deposição de um filme de hidrocarboneto das espécies de hidrocarboneto reativas.
Antes do processo de deposição, a câmara é evacuada por um tempo necessário para remover o ar e quaisquer impurezas. Gases inertes (como o argônio) podem ser adicionados à câmara para alterar a pressão. Uma vez que o substrato é colocado na câmara e a mesma é evacuada, um hidrocarboneto, e, opcionalmente, uma substância a partir da qual um componente adicional pode ser depositado, é colocado na câmara e, mediante a aplicação de um campo elétrico, forma um plasma de hidrocarboneto a partir do qual o filme de hidrocarboneto amorfo é depositado. Nas pressões e temperaturas da deposição do filme de hidrocarboneto (tipicamente, a cerca de 0,13 Pascal (Pa) a cerca de 133 Pa (0,001 a 1,0 Torr) (todas as pressões aqui mencionadas são pressões manométricas) e a menos de 50 graus Celsius), o hidrocarboneto estará sob a forma de vapor.
Os eletrodos podem ser do mesmo tamanho ou de tamanhos diferentes. Se os eletrodos têm tamanhos diferentes, o eletrodo menor terá uma bainha iônica maior (independentemente do eletrodo estar ligado à terra ou equipado com motor). Este tipo de configuração é chamada de reator de placa paralela "assimétrica". Uma configuração assimétrica produz um potencial de tensão mais alto ao longo da bainha iônica que circunda o eletrodo menor. As razões da área superficial do eletrodo podem ser de 2:1 a 4:1, ou de 3:1 a 4:1. A bainha iônica no eletrodo menor irá aumentar conforme a razão aumenta, mas, a uma razão além de 4:1, pouco benefício adicional é alcançado. A câmara de reação em si pode agir como um eletrodo. Uma configuração inclui um eletrodo equipado com motor dentro de uma câmara ligada à terra, que tem de duas a três vezes a área superficial do eletrodo equipado com motor.
Em um plasma gerado por RF1 a energia é unida ao plasma através de elétrons. O plasma age como um veículo de carga entre os eletrodos. O plasma pode preencher toda a câmara de reação e é tipicamente visível como uma nuvem colorida. A bainha iônica aparece como uma área mais escura ao redor de um ou de ambos os eletrodos. Em um reator de placa paralela que usa energia de RF, a freqüência aplicada situa-se, de preferência, na faixa de cerca de 0,001 Megahertz (MHz) a cerca de 100 MHz, de preferência, a cerca de 13,56 MHz ou qualquer número inteiro múltiplo do mesmo. Esta energia de RF cria um plasma a partir do gás de hidrocarboneto dentro da câmara. A fonte de energia de RF pode ser um gerador de RF, como um oscilador de 13,56 MHz1 conectado ao eletrodo equipado com motor através de uma rede que age para igualar a impedância da fonte de alimentação com a da linha de transmissão e a da carga de plasma (que é, geralmente, cerca de 50 ohms, a fim de casar efetivamente a energia de RF). Consequentemente, a mesma é chamada de rede de casamento de impedância. A bainha iônica ao redor dos eletrodos causa autopolarização negativa dos
eletrodos em relação ao plasma. Em uma configuração assimétrica, a tensão de autopolarização negativa é desprezível no eletrodo maior, e a polarização negativa no eletrodo menor situa-se tipicamente na faixa de 100 a 2.000 volts.
Para substratos planos, a deposição de filmes delgados densos similares a diamante pode ser realizada em um reator de placa paralela, colocando-se os substratos em contato direto com um eletrodo equipado com motor, que é menor que o eletrodo ligado à terra. Isto permite que o substrato atue como um eletrodo devido a união capacitiva entre o eletrodo equipado com motor e o substrato.
A seleção das condições de aquecimento do filme de hidrocarboneto amorfo com depósito de plasma permite a adaptação da camada de esqueleto de carbono microporoso 115 resultante. Por exemplo, a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 resultante pode ser tanto hidrofóbica como hidrofílica, dependendo das condições de aquecimento selecionadas. Em algumas modalidades, uma camada de esqueleto de carbono microporoso 115 hidrofóbica pode ser formada mediante o aquecimento do filme de hidrocarboneto amorfo com depósito de plasma em um atmosfera inerte (ou redutora) e/ou a uma pressão menor que a atmosférica. Em outras modalidades, uma camada de esqueleto de carbono microporoso 115 hidrofílica pode ser formada mediante o aquecimento do filme de hidrocarboneto amorfo com depósito de plasma em uma atmosfera oxidante como ar, oxigênio ou vapor, e a uma pressão atmosférica ou maior. Em algumas modalidades, a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 pode ser formada mediante o aquecimento do filme de hidrocarboneto amorfo com depósito de plasma, em uma atmosfera de amônia, conforme se deseje.
A FIGURA 3 é uma vista esquemática em seção transversal de um artigo ilustrativo 120 que inclui uma camada de esqueleto de carbono microporoso 115 disposta sobre um substrato 125. A camada de esqueleto de carbono microporoso 115 define uma pluralidade de poros 110, conforme descrito acima. A camada de esqueleto de carbono microporoso 115 pode ter qualquer espessura útil como, por exemplo, de 0,1 a 10 micrômetros.
O substrato 125 pode ser formado a partir de qualquer material útil, dependendo do uso pretendido para o artigo 120. O substrato 125 pode ser um substrato permeável a gases se o artigo 120 é usado como um sensor analito, uma membrana de separação ou elemento de filtração. O substrato 125 pode ser um substrato que reflete a luz e/ou que transmite luz, se o artigo 120 é usado como um sensor analito.
Membranas de separação ou elementos de filtração que utilizam a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 aqui descrita fornecem características superiores adequadas a uItrafiItração (por exemplo, separações virais, de albumina, de pepsina, ou de vitamina B-12, e similares), nanofiltração (por exemplo, separação de glicose ou de sais divalentes, e similares) ou osmose reversa (por exemplo, separação de sais monovalentes ou de ácidos não-associados, e similares). Membranas de separação ou elementos de filtração para separação de gás que utilizam a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 aqui descrita fornecem características superiores adequadas a separações químicas à base de membrana, separação de gás para recuperação de hidrogênio, produção de nitrogênio, e remoção de gás ácido de correntes de gás natural (com um tamanho de poro controlado de angstrons ou menos, e sendo termicamente estável). A camada de esqueleto de carbono microporoso 115 aqui descrita pode ser utilizada como uma camada de filtração, uma camada de separação de gás, ou uma camada de filtração viral.
Os sensores analitos que utilizam a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 aqui descrita fornecem características de sensor superiores como, por exemplo, tempos de resposta mais rápidos, aumento rápido na resposta a baixas concentrações de analito, boa resposta sob condições úmidas, e características de adsorção similares em comparação ao meio de carvão ativado em um cartucho de filtração químico. Em muitas modalidades, a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 pode ser usada para detectar a presença de e/ou concentração de um analito ou de uma mistura de analitos. O analito pode ser um gás (como um vapor) ou um líquido, por exemplo. Em
algumas modalidades, o analito é uma molécula. O analito pode estar presente em um meio gasoso (como ar, por exemplo) ou meio líquido (como água, por exemplo). Em algumas modalidades, o analito é uma molécula orgânica ou material orgânico.
Em uma modalidade, o analito é detectado através de uma alteração na espessura óptica da camada de esqueleto de carbono microporoso 115, sob exposição ao analito. O analito altera a espessura óptica da camada de esqueleto de carbono microporoso 115. Em uma modalidade, o analito é adsorvido em ao menos uma porção da camada de esqueleto de carbono microporoso 115. Sob adsorção do analito, alterações na cor do artigo 120 podem indicar a presença de um analito. Em diversas modalidades de sensor, a alteração na espessura óptica é observável numa faixa de luz visível, e pode ser detectada a olho nu. Entretanto, os sensores 120 podem ser projetados para mostrar uma alteração na espessura óptica quando sujeitos a outras fontes de luz ou fonte de radiação, como, por exemplo, ultravioleta (UV), infravermelho (IR - "infrared") ou infravermelho próximo (NIR - "near infrared").
Uma variedade de mecanismos de detecção também pode ser usada, porém isto não é exigido. Exemplos de mecanismos de detecção adequados incluem espectrofotômetros, espectrofotômetros de fibra óptica e fotodetectores, por exemplo, dispositivo de acoplamento de carga (CCD - "charge coupled devices"), câmeras digitais e similares.
O substrato 125 é formado por um ou mais materiais adequados capazes de fornecer suporte ou outras funções a camada de esqueleto de carbono microporoso 115. O substrato 125 pode ser flexível ou inflexível. O substrato 125 pode ser transparente, opaco ou reflexivo. O substrato 125 pode ser permeável a um analito ou gás, ou permitir que o analito ou gás seja difundido através do substrato 125. O material de substrato pode ser personalizado para a aplicação. Em muitas modalidades, ele é adequado para uso em um processo de deposição por plasma. Em algumas modalidades, o substrato 125 pode bloquear ou permitir o transporte do analito ou gás através do substrato 125. Exemplos de substratos 125 que permitem o transporte do analito ou do gás através do substrato 125 incluem materiais tecidos e não-tecidos e sólidos permeáveis (ou perfurados ou porosos), como um disco de óxido de alumínio, e similares. Em algumas modalidades de sensor, o substrato 125 do sensor 120 é reflexivo à luz. Esta camada reflexiva pode incluir qualquer material que pode formar uma camada completamente reflexiva ou semirreflexiva. Em muitas modalidades, o material é totalmente (por exemplo, maior que 90%, 95% ou 99%) reflexivo à luz a uma espessura de cerca de 20 a cerca de 200 nm para um comprimento de onda da luz de interesse. As camadas mais delgadas ou descontínuas podem ser usadas para fazer com que a camada reflexiva se torne semirreflexiva. A camada reflexiva pode se transformar numa camada descontínua através de corrosão a úmido, corrosão por íon reativo, corrosão a laser, e similares.
Uma listagem parcial de materiais adequados para a camada reflexiva inclui; metais ou semimetais, como alumínio, cromo, ouro, níquel, paládio, platina, titânio, silício e prata. Misturas de metais ou ligas metálicas podem também ser usadas, como ouro/paládio ou níquel/cromo. Outros materiais adequados incluem, por exemplo, óxidos metálicos, como oxido de alumínio, óxido de cromo e oxido de titânio e nitretos, como nitreto de silício, nitreto de alumínio, nitreto de titânio, nitreto de cromo, nitreto de carbono e similares. Em algumas modalidades, a camada reflexiva é pelo menos 90% reflexiva, ou pelo
menos 99% reflexiva, a um comprimento de onda da luz de interesse. Em outras modalidades, a camada reflexiva é uma camada semirreflexiva, sendo de 20 a 90% reflexiva, ou de 30 a 70% reflexiva, a um comprimento de onda da luz de interesse.
Em algumas modalidades, a camada reflexiva tem um padrão na mesma, sendo que as primeiras regiões da camada reflexiva têm uma reflectância de luz maior que as segundas regiões da camada reflexiva. Nestas modalidades, a primeira e a segunda regiões na camada reflexiva formam um padrão ou símbolos na superfície superior da ou dentro da camada reflexiva. Uma camada reflexiva dotada de um padrão pode incluir um padrão ou símbolos, a fim de se criar imagens coloridas, palavras, ou mensagens após a exposição da camada de esqueleto de carbono microporoso 115 a um analito. Tais padrões ou símbolos, sob exposição a um analito, podem fornecer avisos de fácil identificação para um usuário.
Em diversas modalidades de sensor, a espessura óptica da camada de esqueleto de carbono microporoso 115 se altera após a exposição a um analito. A alteração na espessura óptica pode ser causada por uma mudança dimensional, como uma alteração na espessura física da camada de esqueleto de carbono microporoso 115 ou uma alteração no índice de refração da camada de esqueleto de carbono microporoso 115. A camada de esqueleto de carbono microporoso 115 pode mudar de uma cor para outra, de uma cor para cor nenhuma (por exemplo, prata), ou de cor nenhuma (por exemplo, prata) para uma cor, conforme se deseje. Em algumas modalidades, a transição em aparência pode ser de, ou para uma aparência reflexiva, metálica ou prateada.
O sensor 120 pode incluir uma ou mais subcamadas (não mostradas). Uma ou mais de tais subcamadas podem ser descontínuas ou dotadas de um padrão. Em algumas modalidades, as subcamadas podem incluir materiais diferentes ou ser formadas com diferentes condições de processamento e absorver diferentes analitos e/ou podem ter diferentes graus de sensibilidade a um ou mais analitos. As subcamadas podem ter uma variedade de configurações. Por exemplo, conforme desejado, as subcamadas podem ser empilhadas para formar uma pilha de duas ou mais camadas ou podem ser posicionadas no interior da mesma camada em uma configuração lado a lado. Em algumas modalidades, pelo menos uma subcamada pode incluir um material inorgânico como, por exemplo, óxidos transparentes e metálicos, nitretos, e oxinitretos de espessura adequado, para produzir cor através de interferência óptica. Exemplos específicos de materiais inorgânicos adequados incluem óxidos de silício, nitretos de silício, oxinitretos de silício, óxidos de alumínio, óxidos de titânio, nitretos de titânio, oxinitretos de titânio, óxidos de estanho, óxidos de zircônio e combinações dos mesmos. Outros materiais inorgânicos, como zeólitos, são também adequados para uso em subcamada(s). A(s) subcamada(s) opcional(is) pode(m) ser microporosa(s), porosa(s) ou não-porosa(s). Em outras modalidades, ao menos, uma subcamada pode compreender um polímero orgânico poroso. Os polímeros que têm microporosidade intrínseca (PIMs) fornecem subcamadas particularmente desejáveis. Os PIMs são tipicamente não polímeros de rede que formam sólidos microporosos. Devido às suas estruturas moleculares, de forma típica, altamente rígidas e contorcidas, os PIMs são incapazes de preencher eficientemente o espaço fornecendo, dessa forma, a estrutura microporosa apresentada. Os PIMs adequados incluem, mas não se limitam a, polímeros apresentados em "Polymers of intrinsic microporosity (PIMs): robust, solution-processable, organic microporous materiais," Budd et al., Chem. Commun., 2004, páginas 230 e 231. PIMs adicionais são apresentados em Budd et al., J. Mater. Chem., 2005, 15, páginas 1977 a 1986, em McKeown et al., Chem. Eur. J. 2005, 11, n° 9, 2610 a 2620 e no pedido publicado PCT n° WO 2005/012397 A2 (McKeown et al.).
Em muitas modalidades, o sensor 120 inclui um padrão ou símbolos, a fim de criar imagens coloridas, palavras, ou mensagens, sob a exposição a um analito. Em algumas modalidades, a camada ou subcamada é dotada de um padrão por ter uma ou mais porções que são reativas a um analito específico e uma ou mais porções que são não- reativas ao mesmo analito. Em outras modalidades, um padrão de material reativo pode ser depositado em, ou formado no interior de uma subcamada maior não-reativa. Se formado em uma subcamada não-reativa, é preferível que se faça a camada dotada de um padrão muito fina para que nenhuma diferença em espessura óptica fique aparente até que um analito seja absorvido. A padronização pode fornecer avisos facilmente identificáveis para um usuário sob exposição a um analito.
Em algumas modalidades, conforme mostrado na FIGURA 4, o sensor 130 é um indicador de filme fino de multicamada que pode detectar a presença de uma variedade de analitos. O sensor 130 inclui um substrato 125, uma camada reflexiva contínua 131, uma camada de esqueleto de carbono microporoso 115 que é uma camada de detecção opticamente responsiva, e uma camada semirreflexiva 132 ou uma camada semirrefIexiva semicontínua 132.
O termo "contínua" refere-se a uma camada de material que não é porosa e que
não é permeável a vapor. O termo "semicontínua" refere-se a uma camada de material que é porosa e permeável a vapor e/ou permeável a líquidos. O termo "substancialmente contínua" refere-se a uma camada de material que não é porosa, mas que pode ter frestas, fronteiras de grão, orifícios, ou outros defeitos, e é permeável a vapor. O termo "descontínua" refere-se a uma camada de material que tem ao menos duas ilhas separadas e distintas do material dentro de um dado plano com um espaço vazio entre as mesmas, ou ao menos dois espaços vazios (lagos) distintos e separados dentro de um dado plano com o material entre os mesmos, e a camada é permeável a vapor.
A camada reflexiva contínua 131 pode ser formada com o uso de uma variedade de técnicas de deposição, incluindo bombardeamento iônico, deposição evaporativa, galvanoplastia ou outra deposição eletroquímica, laminação ou aplicação de uma camada adequadamente espessa de uma tinta metálica.
A camada semirreflexiva 132 pode incluir qualquer material que pode formar uma camada semirreflexiva permeável, e tem um índice de refração diferente do da camada de esqueleto de carbono microporoso 115. Em muitas modalidades, o material é semirreflexivo a uma espessura que situa-se na faixa de 5 a 10 nanômetros, devido ao fato de que, a esta espessura, a maioria dos analitos será capaz de atravessaratravés desta camada até a camada de esqueleto de carbono microporoso 115. As espessuras desejadas dependerão do material usado para formar esta camada, o analito a ser detectado e o meio que irá transportar o analito. Materiais adequados para a camada semirreflexiva 132 incluem, por exemplo, metais
e semimetais como alumínio, cromo, ouro, níquel, paládio, platina, titânio, silício, e prata. Misturas de metais ou ligas metálicas podem também ser usadas, como ouro/paládio ou níquel/cromo. Outros materiais adequados que podem ser incluídos na camada semirreflexiva incluem óxidos, como oxido de alumínio, óxido de titânio e óxido de cromo, e nitretos, como nitreto de silício, nitreto de alumínio, nitreto de titânio, nitreto de cromo e similares.
A camada semirreflexiva 132 pode ser uma camada substancialmente contínua, uma camada descontínua, ou uma camada semicontínua. A camada semirreflexiva pode incluir uma ou mais camadas semirreflexivas. Em algumas modalidades, a camada semirreflexiva é uma única camada semirreflexiva, que pode ser substancialmente contínua, descontínua, ou semicontínua. Em uma modalidade exemplar, a camada semirreflexiva é uma camada substancialmente contínua. Nesta modalidade, a construção e a composição da camada semirreflexiva pode ser substancialmente consistente ao longo da superfície superior da e através de toda a camada semirreflexiva. Alternativamente, a construção e/ou composição da camada semirreflexiva pode variar ao longo da superfície superior da através de toda a camada semirreflexiva. Por exemplo, a camada semirreflexiva pode ter uma permeabilidade diferencial tal que a camada semirreflexiva tem uma permeabilidade de analito superior para um dado analito, em um primeiro local em uma superfície superior da camada semirreflexiva, e uma permeabilidade de analito inferior para o mesmo analito, em um segundo local na superfície superior. O primeiro e o segundo locais na superfície superior da camada semirreflexiva podem ser posicionados aleatoriamente em relação um ao outro, ou podem formar um padrão ou símbolos na superfície superior. Uma camada semirreflexiva substancialmente contínua 132 pode, também, ter um
padrão na mesma, sendo que as primeiras regiões da camada semirreflexiva têm uma reflectância de luz maior que as segundas regiões da camada semirreflexiva 132. A primeira e a segunda regiões na camada semirreflexiva 132 podem formar um padrão ou símbolos na superfície superior da ou dentro da camada semirreflexiva 132. Como a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 dotada de um padrão acima descrita, uma camada semi-reflexiva dotada de um padrão pode incluir um padrão ou símbolos a fim de se criar imagens coloridas, palavras, ou mensagens após a exposição da camada de esqueleto de carbono microporoso 115 subjacente a um analito. A camada semirreflexiva pode fornecer avisos de fácil identificação para um usuário, sob exposição a um analito. Em uma modalidade exemplificadora adicional, a camada semirreflexiva 132 é uma
camada descontínua. Nesta modalidade, a composição da camada semirreflexiva pode ser substancialmente consistente ao longo da camada semirreflexiva, entretanto, áreas da camada semirreflexiva podem ser separadas em duas ou mais regiões descontínuas. A camada semirreflexiva descontínua pode incluir qualquer padrão de ilhas semirreflexivas dentro de um "mar" de áreas expostas (isto é, a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 é exposta). O tamanho e a densidade das ilhas semirreflexivas na camada de esqueleto de carbono microporoso 115 pode variar conforme se deseje, e elas podem ser dispersas de maneira uniforme ou de maneira aleatória na superfície superior da camada de esqueleto de carbono microporoso 115. As ilhas semirreflexivas podem ser uniformemente dispersas através de uma superfície superior da camada de detecção 115 e podem ser dotadas de, ao menos, uma dimensão (isto é, comprimento, largura ou diâmetro) de, ao menos, 5 nm ou de 10 a 1000 nm; ou de 1 a 10 micrômetros; entretanto, quaisquer tamanhos, formatos e densidades da ilha semi-reflexiva podem ser usados. Em algumas modalidades, as áreas expostas da camada de detecção 115 podem ter ao menos uma dimensão (isto é, comprimento, largura ou diâmetro) na faixa de 1 a 100 micrômetros; entretanto, as áreas expostas podem ter qualquer dimensão. A camada semirreflexiva semicontínua 132 pode conter nanopartículas metálicas (partículas com um diâmetro médio de partícula de 1 a 100 nm) dispostas em uma morfologia que se aproxima a de uma pilha de bolas de canhão ou de bolas de gude, e através da qual líquido ou vapor pode ser permeado para alcançar a camada de esqueleto de carbono microporoso 115, e é formada conforme descrito com mais detalhes, a seguir. Em algumas modalidades, a camada semirreflexiva semicontínua 132 é aplicada em faixas ou pontos com lacunas (não mostradas) entre as ilhas de nanopartículas, ou em uma camada com espaços vazios ou lagos em uma camada de nanopartículas perfurada. As faixas, os pontos ou a camada perfurada são individualmente semicontínuos e permeáveis a líquido ou vapor. Em algumas modalidades, a camada semirreflexiva semicontínua 132 é, como um todo, descontínua, e para uma dada espessura de camada e diâmetro de nanopartícula, ela pode ter uma maior permeabilidade a líquido ou a vapor, devido à presença de lacunas, espaços ou lagos.
Um analito sob a forma de um líquido ou vapor de interesse, próximo (por exemplo, acima) da camada semirreflexiva semicontínua 132, pode passar através da camada semirreflexiva semicontínua 132 até a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 (isto é, camada de detecção). A alteração na espessura óptica resultante na camada de esqueleto de carbono microporoso 115 causa uma alteração visualmente perceptível na aparência do sensor 130. A alteração pode ser observada observando-se o sensor 130 através da camada semirreflexiva 132. A luz ambiente que passa através da camada semirreflexiva 132 e da camada de esqueleto de carbono microporoso 115 é refletida de volta pela camada reflexiva
131, através da camada de esqueleto de carbono microporoso 115 e camada semirreflexiva
132. Se uma espessura inicial ou modificada adequada for escolhida para a camada de esqueleto de carbono microporoso 115, e desde que as camadas 131 e 132 sejam suficientemente planas, então a coloração por interferência será criada ou destruída dentro do sensor 130, e uma alteração visivelmente discernível na aparência do sensor 130 será aparente quando o mesmo for visto através da camada semirreflexiva 132. Deste modo, equipamento externos como uma fonte de luz equipada com motor, um detector óptico ou análise espectral podem não ser necessários para avaliar a condição do sensor 130, embora tais equipamentos externos podem ser usados, caso se deseje.
Uma variedade de nanopartículas metálicas pode ser empregada no processo apresentado, para produzir uma camada semirreflexiva semicontínua 132 ou um espelho quimicamente permeável. Os metais representativos incluem prata, níquel, ouro, platina e paládio e ligas contendo qualquer um dos precedentes. Metais propensos à oxidação (por exemplo, alumínio) quando na forma de nanopartículas poderiam ser usados, mas seria desejável evitar seu uso em favor de metais menos sensíveis ao ar. As nanopartículas metálicas podem ser integralmente monolíticas, ou podem ter uma estrutura em camadas (por exemplo, uma estrutura casca-núcleo como uma estrutura Ag/Pd). As nanopartículas podem, por exemplo, ter um diâmetro médio de cerca de 1 a cerca de 100, cerca de 3 a cerca de 50 ou cerca de 5 a cerca de 30 nm. A espessura total da camada de nanopartículas metálicas pode ser, por exemplo, menor que cerca de 200 nm ou menor que cerca de 100 nm, e a espessura mínima da camada pode ser, por exemplo, de pelo menos cerca de 5 nm, pelo menos cerca de 10 nm ou pelo menos cerca de 20 nm. Embora possam ser aplicadas micropartículas de grande diâmetro para formar uma monocamada, a camada de nanopartículas terá, tipicamente, várias nanopartículas de espessura, por exemplo, pelo menos 2 ou mais, 3 ou mais, 4 ou mais ou 5 ou mais nanopartículas, e com até 5, até 10, até 20 ou até 50 nanopartículas de espessura total. A camada semirreflexiva semicontínua 132 ou camada reflexiva de nanopartículas metálicas pode, por exemplo, ter uma reflectância de pelo menos cerca de 20%, pelo menos cerca de 40%, pelo menos cerca de 60% ou pelo menos cerca de 75%, a um comprimento de onda da luz de 500 nm.
A camada semirreflexiva semicontínua 132 ou o espelho quimicamente permeável podem ser formados aplicando-se uma solução para revestimento diluída ou suspensão de nanopartículas metálicas à camada de esqueleto de carbono microporoso 115 ou à camada de detecção opticamente responsiva, e permitindo que a solução ou suspensão seque para formar uma camada reflexiva à luz permeável a vapor ou líquido semicontínua. O nível de diluição pode, por exemplo, ser tal que resultará em uma solução ou suspensão para revestimento que fornecerá uma camada de nanopartículas metálicas adequadamente permeável a vapor ou líquido, por exemplo, com teores de sólidos menores que 30% em peso, menores que 20% em peso, menores que 10% em peso, menores que 5% ou menores que 4%. Diluindo-se um produto comercial de nanopartículas metálicas conforme recebido com solvente adicional, e aplicando-se e secando-se a suspensão ou solução diluída, uma camada permeável a vapor ou líquido apreciavelmente fina pode ser obtida. Uma variedade de técnicas de revestimento podem ser empregadas na aplicação da suspensão ou da solução de nanopartículas metálicas, incluindo swabbing, revestimento por imersão, revestimento por cilindro, revestimento por rotação, revestimento por aspersão, revestimento por matriz, revestimento por jato de tinta, impressão em tela (por exemplo, impressão em tela rotativa), impressão por gravura, impressão flexográfica e demais técnicas que serão familiares aos indivíduos versados na técnica. O revestimento por rotação pode proporcionar um revestimento mais delgado, mais permeável do que o obtido com o uso de outros métodos. Consequentemente, algumas suspensões de nanopartículas de prata disponíveis a níveis sólidos baixos (como 5%, em peso, de prata SVW001, disponível junto à Nippon Paint ou 10%, em peso, de SlLVERJET DGH-50, DGP-50, disponível junto à Advanced Nano Products) podem ser úteis em sua forma conforme recebida, sem diluição adicional, se elas forem revestidas por rotação a uma velocidade alta e a uma temperatura apropriadas em um substrato adequado. A camada de nanopartículas metálicas pode ser sinterizada após ter sido aplicada (por exemplo, por aquecimento até cerca de 125 a cerca de 250°C durante cerca de minutos a cerca de 1 hora) desde que a sinterização não cause a perda da permeabilidade adequada. Entende-se que a camada reflexiva resultante pode não mais conter nanopartículas prontamente identificáveis, mas que pode ser chamada de camada reflexiva de nanopartículas para identificar a maneira pela qual ela foi produzida.
O sensor 120 ou 130 apresentado pode ser usado sozinho ou pode ser parte de um dispositivo para detectar a presença e/ou concentração de um ou mais analitos. Em uma modalidade, o sensor 120 ou 130 é pelo menos parcialmente encerrado por um compartimento. O compartimento pode incluir pelo menos uma abertura posicionada acima da camada semirreflexiva ou da camada de esqueleto de carbono microporoso 115, de modo que a camada semirreflexiva ou a camada de esqueleto de carbono microporoso 115 é visível através de pelo menos uma abertura no compartimento. Em algumas modalidades, o compartimento inclui pelo menos uma abertura, sendo que a abertura fornece uma vista restrita de uma superfície superior da camada semirreflexiva ou da camada de esqueleto de carbono microporoso 115, de modo a minimizar qualquer alteração potencial na cor visível do sensor (e confusão do usuário em relação à leitura do sensor) devido ao ângulo de visão. Em algumas modalidades, a vista restrita permite uma vista da superfície superior da camada semirreflexiva ou da camada de esqueleto de carbono microporoso 115, dentro de um ângulo de ±30 graus ou ±15 graus, a partir de uma vista normal (isto é, uma vista a partir de uma posição perpendicular à superfície externa da camada semirreflexiva ou da camada de esqueleto de carbono microporoso 115).
Os sensores 120 ou 130 aqui descritos podem ser usados em um sistema que inclui o sensor, uma fonte de luz, e, opcionalmente, um meio de (um dispositivo para) monitoramento do sensor para uma alteração na cor. A fonte de luz pode ser uma fonte de luz natural e/ou artificial. O monitoramento pode ser realizado através de uma variedade de maneiras. Pode ser realizado visualmente, com um foto-detector ou através de outros meios adequados.
O analito a ser detectado pela camada de esqueleto de carbono microporoso 115 pode estar presente em um meio gasoso ou líquido. Por exemplo, um analito pode estar presente na atmosfera ou em um solvente líquido. Seja qual for o caso, em muitas modalidades, ao menos uma porção dos analitos é permeada através da camada semirreflexiva 132 do sensor (caso esteja presente) para interagir com a camada de esqueleto de carbono microporoso 115.
Dois ou mais sensores 120 ou 130 podem ser usados juntos para formar uma matriz. A matriz pode estar em qualquer configuração apropriada. Por exemplo, uma matriz pode incluir dois ou mais sensores lado a lado, ou os sensores podem ser fixos a, ou construído em, lados opostos de um substrato. Os sensores dentro de uma dada matriz podem ser do mesmo tipo, ou podem ser diferentes. Matrizes de sensores podem ser úteis para a identificação de analitos, com base em seus sinais de resposta únicos a partir de uma matriz agregada, em oposição a apenas detectar a presença de um agente químico.
Os sensores 120 ou 130 podem ter diversas aplicações úteis, por exemplo, detectar uma ampla gama de vapores orgânicos, por exemplo. Os sensores podem ser usados para detectar a presença e/ou concentração de um dado analito dentro de uma solução ou gás. Matrizes de sensores podem ser usadas para detectar a presença e/ou concentração de um ou mais analitos dentro de uma solução ou de um gás.
Em muitas modalidades, antes do uso, os sensores de filme de múltiplas camadas aqui descritos são substancialmente isentos de um analito a ser detectado. O sensor "não exposto", antes do uso, pode apresentar uma primeira cor ou ser incolor (prateado) quando visto através da camada semirreflexiva (caso esteja presente). Após exposição a um ou mais analitos a serem detectados, o sensor "não exposto" se converte para um sensor colorimétrico contendo analito. O analito que contém um sensor colorimétrico (i) exibe uma segunda cor que é diferente da primeira cor ou (ii) é submetido a uma alteração de cor de uma primeira cor para uma condição prata (ou incolor).
Exemplos
As camadas com depósito de plasma aqui descritas foram depositadas em dois sistemas diferentes:
1.) Sistema de plasma MARC1: Este sistema construído foi bombeado por uma bomba turbomolecular (Balzers, Modelo TPH2000) suportada por uma estação de bombeamento a
seco (uma bomba de base Edwards EH1200 e uma bomba mecânica seca ÍQDP80). A taxa de fluxo dos gases foi controlada por controladores de fluxo digitais MKS. A energia de RF foi distribuída a uma freqüência de 13,56 Mhz de uma fonte de alimentação 3 kW RFPP (Modelo RF30H para Energia Avançada) através de uma rede de casamento. A pressão de base na câmara antes da deposição das camadas de hidrocarboneto foi de 1,3 mPa (1E-5Torr). As amostras de substrato foram coladas ao eletrodo com o uso de uma fita de kapton.
2.) Reator em lote Plasmatherm: Este é um sistema comercial de plasma por lote (Plasmatherm, Modelo 3032) configurado para corrosão por íon reativo (RIE, reactive ion etching) com um eletrodo mais baixo de 66 cm (26-polegadas) equipado com motor e com
um bombeamento de gás central. A câmara é bombeada por um soprador de base (Edwards, Modelo EH1200) suportado por uma bomba mecânica seca (Edwards, Modelo ÍQDP80). A potência de RF é liberada por um gerador sólido de 5 kW, com 13,56 Mhz (RFPP, Modelo RF50S0), através de uma rede de casamento de impedância. O sistema tem uma pressão de base nominal de 666,6 mPa (5 mTorr). As taxas de fluxo dos gases são controladas através de controladores de fluxo MKS. Os substratos para a deposição são colocados no eletrodo equipado com motor inferior. Exemplo 1 (Síntese de um filme de carbono nanoporoso a partir de gás butadieno): Neste exemplo, o sistema de plasma MARC1 foi usado para depositar, primeiramente, um filme fino de hidrocarboneto com uma rede covalente aleatória a partir de um percursor de gás butadieno. O recozimento deste filme causa desidrogenação, levando a um filme de 5 carbono nanoporoso. As amostras de substrato de silício foram coladas no eletrodo equipado com motor e a câmara foi bombeada até sua pressão de base. As amostras de substrato foram inicialmente escorvadas em um plasma de argônio, para permitir boa adesão do filme de hidrocarboneto com depósito de plasma ao substrato. As condições de escorvamento por plasma de argônio são as seguintes:
Taxa de fluxo do argônio: 400 sccm
Pressão: 666,6 mPa (5 mTorr)
Energia de Rf: 1.000 Watts Tensão de autopolaridade de CC: -1052 Volts Duração do tratamento: 45 segundos Deposição de um filme de hidrocarboneto com uma rede covalente aleatória: Após
o escorvamento dos substratos em um plasma de argônio, o filme de hidrocarboneto foi depositado por plasma através da alimentação de um gás de 1,3-butadieno a câmara de vácuo. As condições da deposição por plasma são as seguintes:
Fluxo do 1,3-butadieno: 160 sccm Pressão do processo: Pressão do processo: 2,67 Pa (20 mTorr)
Energia de Rf: 100 Watts
Tensão de autopolarização da CC: de -260 a -192 Volts Tempo de deposição: 16 minutos.
Após o término da passagem, um filme de hidrocarboneto com depósito de plasma com uma espessura de 900 nm foi obtido no tablete de silício.
Recozimento do filme de hidrocarboneto: As amostras de substrato de silício com o filme de hidrocarboneto com depósito de plasma foram recozidas em um forno a vácuo a 450 graus Celsius durante uma hora. O recozimento leva à desidrogenação, resultando em um material carbônico de filme fino microporoso (isto é, nanoporoso). Apenas um pequena 30 alteração de cor é tipicamente vista, apesar da grande quantidade de porosidade criada. Isto se deve ao fato de que a diminuição no índice de refração criada pela porosidade é compensada por um alto incremento no índice de refração do esqueleto de carbono deixado para trás.
Exemplo 2 (Análise do BET de Flocos de Filme de Carbono Nanoporoso): Flocos de filme de carbono nanoporoso foram produzidos de acordo com o método descrito no exemplo 1, exceto pelo fato de que a película de polímero de plasma precursor cresceu diretamente no eletrodo de alumínio por um período prolongado de 30 minutos, sem passar pela etapa de escorvamento por argônio. Isto permitiu que o filme de hidrocarboneto com depósito de plasma fosse separado em flocos. Os flocos foram removidos do eletrodo e recozidos em um forno a vácuo, de acordo com o procedimento descrito no exemplo 1. A massa de flocos de filme de hidrocarboneto coletada tinha 52,2 mg e, após o recozimento, esta massa foi reduzida para 37,2 mg, devido a desidrogenação dos flocos de filme de 5 hidrocarboneto. A cor dos flocos mudou de castanho amarelado para preto, indicando a transformação do carbono puro. Os flocos de carbono nanoporoso foram caracterizados para uma distribuição de tamanho de poro com o uso de adsorção de nitrogênio (N2) em um Autosorb-1 (Quantachrome Instruments) a partir de pressões relativas P/P0 de 7 X 10-7 a 1, a uma temperatura de banho de -195,8°C (77,35°K), para gerar uma isoterma. A 10 temperatura ambiente do experimento foi de 24,42°C (297,57°K) e a pressão barométrica foi de 97,8 kPa (733,35 mmHg). A análise total levou 1.299,2 minutos para uma amostra de 31,9 mg. Os dados determinados obtidos deste modo foram analisados com um programa fornecido pela Quantachrome (Autosorb v 1.51), com o uso do método Saito-Foley (SF) e do método de teoria do funcional da densidade (DFT), com um núcleo híbrido não-local DFT 15 para N2, em poros cilíndricos de carbono em equilíbrio. Os dois métodos produziram distribuições de tamanho de poro que estão em conformidade. Os métodos Dubinin- Astakhov (DA) e Dubinin-Raduskevich (DR) produziram resultados comparáveis. Os resultados da análise do BET são mostrados abaixo e na FIGURA 5. A partir destes resultados, pode-se notar que a área superficial do carbono nanoporoso é extremamente 20 alta (637 m2/g), com a maior parte das contribuições a área superficial vindo dos poros com tamanhos de 5-10 angstrons. Além disto, toda contribuição à área superficial é de poros menores que 100 angstrons. Isto prova a eficácia do filme de carbono nanoporoso em várias aplicações, onde um tamanho de poro pequeno e uniforme é benéfico e necessário.
Dados da área superficial
BET em Multipontos.............................................. 6,372E+02 m2/g
Área superficial externa do método t.............................. 1,732E+02 m2/g
Área superficial em microporo do método t......................4.640E+02 m2/g
Área superficial cumulativa do método NLDFT........................6.034E+02 m2/g
Dados de volume dos poros Volume total dos poros para poros com um Diâmetro
menor que 5.055,7 Â, a uma P/Po = 0,99623........................3,518E-01 cc/g
Volume de microporos do método t......................................1.415E-01 cc/g
Volume dos poros cumulativo do método SF............................. 2,557E-01 cc/g
Volume dos poros cumulativo do método NLDFT.......................... 3,056E-01 cc/g
Dados de tamanho dos poros
Diâmetro de poro do método SF (modo)............................. 8.490E+00 Á
Diâmetro de poro do método NLDFT (modo)........................... 6,272E+00 Á Exemplo 3 (Propriedades ópticas dos filmes de carbono nanoporoso): Os filmes de material carbônico microporoso (isto é, nanoporoso) foram caracterizados por uma elipsometria espectroscópica de ângulo varíavel (EEAV) e uma estimativa da porosidade foi feita a partir de três filmes diferentes, produzidos de acordo com o exemplo 1, mas com a energia mantida a 50 watts e quantidades variadas de tempo de deposição (32 minutos para a amostra 82, 24 minutos para a amostra 83 e 16 minutos para a amostra 84). As partes real e imaginária do índice de refração são mostradas na FIGURA 6 e na FIGURA 7, respectivamente. As espessuras e porosidades foram sumarizadas na tabela abaixo.
Amostra Espessura (nm) % de espaço vazio s82 836±1 58 s83 632±1 51 s84 409±1 48 Os valores de porosidade são mais altos aqui do que nos resultados do BE' 10 obtidos separadamente. O espaço vazio isolado que pode não ser medido pelo BET pode ser medido pelo RSE. Em sensores, a conectividade/porosidade é mais importante do que simplesmente a % de espaço vazio. Os valores de porosidade acima e seus índices de refração associados podem ser obtidos se o esqueleto do filme de carbono nanoporoso tem um índice de refração da ordem de 2,4 a 2,5.
Exemplo 4 (Propriedades de detecção de vapor do filme fino de carbono
nanoporoso): Uma amostra de filme de hidrocarboneto com depósito de plasma (Amostra n° 59 - formada de acordo com o exemplo 1) foi testada contra uma faixa de concentrações de provocação para tolueno, metil etil cetona, e isopropanol. Uma bomba tipo seringa libera líquido orgânico a uma taxa constante para um evaporador eletricamente aquecido. O 20 evaporador volatiliza o líquido e o vapor se mistura com a corrente de ar principal. A bomba é ajustada para liberar o líquido a uma taxa de fluxo necessária para se conseguir a concentração desejada na taxa de fluxo de ar principal selecionada. Então, a mistura de vapor/ar flui para dentro da câmara de teste.
A equação abaixo é usada para calcular o fluxo volumétrico do líquido (em mL/min), necessário para se alcançar uma concentração de ppm desejada a qualquer taxa de fluxo volumétrica total (em L/min) determinada. As supostas condições de teste são 98,7 kPa (740 mm Hg) de pressão e 22,9°C (296 K) de temperatura.
, , . , ... ^ peso molar fluxo de ar volumétrico 1 fluxo de adsorvato necessário (em mL/min) = ppmχ —-—=—-—— χ-=—=—=-x--
™ ™ Êt^at f r W« - απ i
densidade_líquida 1 (f volume_molar
1538 fluxo_de_ar_volumétrico 1
= ppmxIÍT4*-^
= (3,87 χ 10 6) x ppm χ fluxo_de_ar_volumétrico
Adicionalmente, a amostra foi observada em vários níveis de umidade relativa, gerados através da passagem da corrente de ar sobre um banho-maria aquecido. A umidade é monitorada com um medidor em linha. A amostra foi provocada com etilbenzeno a 85% de umidade relativa, com o uso dos sistemas acima descritos. O espectro óptico da amostra é monitorado com uma fonte de Iuz Ocean Optics (halógena de tungstênio, R-LS-1), uma ponta de prova de reflexão, e um espectrômetro (USB-2000). A transmissão de porcentagem é calculada em relação a uma referência de silício. A amostra n° 59 foi sensível a baixas concentrações de tolueno, metil etil cetona, e isopropanol (vide FIGURA 8). Conforme a concentração de vapor aumenta, o comprimento de onda de pico se desloca para o vermelho, indicando o aumento da espessura óptica da amostra (vide FIGURA 9). O deslocamento do comprimento de onda é maior que 10 nm no VL (Valor limite) para todos estes vapores. Quando testado contra vários níveis de umidade, o material mostra um comportamento similar aquele do carvão ativado. Conforme mostrado na FIGURA 10, a baixos teores de umidade, há pouca resposta, seguido de uma pequena absorção de água entre 50 e 70% de umidade relativa, e uma adsorção de água significativa acima de 70% de umidade relativa. Apesar da absorção de vapor d'água, quando provocada com etilbenzeno em uma corrente de ar com 85% de umidade relativa, a amostra mostrou uma resposta significativa ao etilbenzeno, com um deslocamento vermelho de 20 nm, a um nível de 50 ppm. Em resposta aos vapores orgânicos, o filme mostra um comportamento de “bastão de hockey”, com uma porção significativa da resposta total ocorrendo a níveis baixos de concentração. Este comportamento é comparável ao comportamento adsortivo bem conhecido do carbono microporoso.
Exemplo 5A (Síntese de um filme de carbono nanoporoso a partir de gás butano): Neste exemplo, o reator Plasmatherm foi usado para produzir, em primeiro lugar, um filme de hidrocarboneto com depósito de plasma a partir de um gás precursor de butano. Substratos de silício foram colocados no eletrodo equipado com motor mais baixo e um filme de polímero de hidrocarboneto com depósito de plasma foi depositado. As amostras de substrato foram inicialmente preparadas em um plasma de oxigênio, para permitir boa adesão do filme de hidrocarboneto com depósito de plasma ao substrato. As condições de produção por plasma de oxigênio são as seguintes:
Escorvamento por plasma de oxigênio:
Fluxo do oxigênio: 500 sccm Pressão: 3,33 Pa (25 mTorr)
Energia de Rf: 2.000 watts Duração do tratamento: 30 segundos
Deposição do filme de hidrocarboneto: Após o escorvamento dos substratos em um plasma de argônio, filmes de hidrocarboneto com depósito de plasma de diferentes espessuras foram depositados através de alimentação de gás butano a câmara de vácuo. As condições da deposição são as seguintes:
Taxa de fluxo do butano: 200 sccm Pressão do processo: 13,33 Pa (100 mTorr) Energia de Rf: Potência de Rf: 2.000 watts, pulsados @ 90 ms de tempo, num ciclo de trabalho de 90%
Tempo de deposição: 2 min e 50 segundos (amostra 66)
Após a conclusão da passagem, filmes de hidrocarboneto com espessuras da ordem de 400 a 500 nm foram obtidos. Estes foram recozidos de acordo com as seguintes condições:
Ambiente de recozimento: Gás argônio fluindo a 500 sccm Pressão: 679,9 Pa (5,1 Torr)
Temperatura de recozimento: 520 C
Tempo de recozimento: 20 min e 60 min (para amostras identificadas como “L”)
As respostas de detecção destes filmes de material carbônico microporoso (isto é, nanoporoso) são mostradas na FIGURA 11 para o tolueno, na FIGURA 12 para o MEC, na FIGURA 13 para o AIP, e na FIGURA 14 para o etilenobenzeno, com 85% de umidade relativa. Para o teste de etilbenzeno, a corrente de ar foi umidificada até 85% de umidade relativa, e uma nova linha de base espectral foi estabelecida antes da introdução do etilbenzeno na corrente de ar.
Exemplo 5B (Propriedades ópticas de filmes finos nanoporosos): Os filmes de carbono nanoporoso do exemplo 5A foram caracterizados por uma elipsometria espectroscópica de ângulo varíavel (EEAV) As partes real (n) e imaginária (k) do índice de refração são mostradas na FIGURA 15 e na FIGURA 16, respectivamente.
Exemplo 6 (Sensor de filme de carbono nanoporoso em um substrato de cerâmica porosa): Neste exemplo, o filme de carbono microporoso (isto é, nanoporoso) foi preparado de acordo com o exemplo 1, em um substrato de cerâmica porosa (substrato de alumina Creavis Z450S) com 0,45 micrômetros de tamanho de poro, e as propriedades de detecção de vapor foram avaliadas. Durante a deposição dos filmes de hidrocarboneto com depósito de plasma, a energia foi mantida a 50 watts, ao invés de 100 watts, conforme descrito no exemplo 1, e o tempo de deposição foi de 24 minutos ao invés de 18 minutos. Os filmes de hidrocarboneto com depósito de plasma foram recozidos a 500 graus Celsius durante 1 hora, em um forno a vácuo com um gás argônio fluindo a uma pressão de 1.466,5 Pa (11 Torr). Os resultados são plotados na FIGURA 17 para a detecção de vapor de tolueno. Uma boa capacidade de detecção, com um deslocamento de 17 a 19 nm no comprimento de onda, foi observada a uma concentração de tolueno de 50 ppm.
Exemplo 7 (Resposta de espessura da energia dos filme de carbono nanoporoso): Neste exemplo, os filmes de material carbônico microporoso (isto é, nanoporoso) foram produzidos de acordo com o exemplo 1, exceto pelo fato de que a energia e o tempo de deposição variaram para se obter filmes de espessuras variadas, e a resposta de detecção dos filmes a vapores de tolueno e MEC foram medidos. As condições de deposição e recozimento são descritas na tabela 1 abaixo, e a resposta do sensor é mostrada na FIGURA 18, para o tolueno, e na FIGURA 19, para o MEC. A tabela abaixo apresenta os números das amostras 82 a 90 e as condições de recozimento associadas a cada amostra. A partir dos resultados, pode-se ver que um deslocamento notável no 5 comprimento de onda de 30 nm pode ser visto para o vapor de tolueno e de 15 nm para o vapor de MEC.
Parâmetros para as amostras 82 a 90
Amostra Energia (W) Temperatura (0C) Tempo (horas) Espessura (nm) 82 50 590 2 1.150 83 50 590 2 850 84 50 590 2 550 85 30 460 1 1.150 86 30 460 1 850 87 30 460 1 550 88 10 460 1 1.150 89 10 460 1 850 90 10 460 1 550 Exemplo 8 (Síntese de um filme de carbono nanoporoso a partir de gás butano, recozido com amônia, amostra 158B): Neste exemplo, o reator Plasmatherm foi usado para produzir, em primeiro lugar, um filme de hidrocarboneto com depósito de plasma a partir de um gás precursor de butano. Substratos de silício foram colocados no eletrodo equipado com motor mais baixo e um filme de hidrocarboneto com depósito de plasma foi primeiramente depositado. As amostras de substrato foram inicialmente preparadas em um plasma de oxigênio, para permitir boa adesão do filme de hidrocarboneto com depósito de plasma ao substrato. As condições de produção por plasma de oxigênio são as seguintes: Escorvamento por plasma de oxigênio:
Fluxo do oxigênio: 500 sccm
Pressão: 3,33 Pa (25 mTorr)
Energia de Rf: 3000 watts
Duração do tratamento: 30 segundos
Deposição de um filme de hidrocarboneto com depósito de plasma: Após o
escorvamento dos substratos em um plasma de oxigênio, filmes de hidrocarboneto com
depósito de plasma de diferentes espessuras foram depositados através da alimentação de
um gás butano a câmara de vácuo. As condições da deposição são as seguintes:
Taxa de fluxo do butano: 200 sccm
Pressão do processo: 6,67 Pa (50 mTorr)
Energia de Rf: Potência de Rf: 3.000 watts, pulsados @ 90 ms de tempo, num Tempo de deposição: ciclo de trabalho de 90% 190 segundos
Após a conclusão da passagem, um filme com uma espessura de 435 nm foi obtido. Este filme de hidrocarboneto foi recozido de acordo com as seguintes condições:
Temperatura de recozimento: 500 C Temperatura de recozimento: 20 min
A resposta de detecção destes filmes de carbono nanoporoso foi medida, conforme
descrito no exemplo 4 acima. A amostra 158B foi sensível a baixas concentrações de tolueno, metil etil cetona, isopropanol e acetona (FIGUFiA 20). Conforme a concentração de vapor aumenta, o comprimento de onda de pico se desloca para o vermelho, indicando o aumento da espessura óptica da amostra. O deslocamento do comprimento de onda é nm ou mais, no VL (Valor limite) para todos estes vapores.
A sensibilidade à umidade da amostra 158B, que foi temperada em amônia, é mostrada em comparação a um filme de SiCO (um filme microporoso com depósito de plasma que inclui silício/carbono/oxigênio), um filme de carbono amorfo temperado à vácuo (PMS-58), e o peso de absorção de água, através de carvão ativado com uma fonte de casca de coco (FIGURA 21). Os dados mostram que o ambiente de recozimento afeta a resposta do carbono amorfo a água, por isso, o ambiente de recozimento pode ser usado para ajustar as propriedades de detecção do filme para uma aplicação específica.
Exemplo 9 (Filtros intensificados de filme de carbono nanoporoso): Este exemplo demonstra a aplicabilidade de filmes de carbono microporoso (isto é, nanoporoso) para aplicações de filtração. Começando-se com uma membrana cerâmica flexível termicamente estável (uma membrana cerâmica de alumina Creavis Z100S e Z25S, com 100 nm e 25 nm de tamanho de poro), um filme de carbono tipo diamante foi primeiramente depositado na membrana, de acordo com o exemplo 5. O tempo de deposição foi de 10 minutos. Este filme foi então recozido em uma atmosfera de argônio com a pressão mantida a 666,6 Pa (5 Torr), a uma temperatura de têmpera de 560 graus Celsius durante 15 minutos. As amostras ficaram pretas conforme o filme de carbono nanoporoso foi formado na membrana cerâmica.
Deste modo, modalidades do material de carbono microporoso com depósito de plasma são apresentadas. O versado na técnica irá observar que modalidades além daquelas apresentadas são previstas. As modalidades descritas são apresentadas para propósitos ilustrativos e sem limitação e, a presente invenção se limita somente às reivindicações a seguir.
Ambiente de recozimento: Pressão:
Gás de amônia fluindo a 500 sccm 693,2 Pa (5,2 Torr)

Claims (13)

1. Material de carbono microporoso, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um esqueleto de carvão poroso que tem um tamanho médio de poro de 0,1 a 10 nanômetros e que é substancialmente isento de poros maiores que 1 micrômetro.
2. Material de carbono microporoso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o esqueleto de carvão poroso tem um tamanho de poro médio de 1 a 10 nanômetros e é substancialmente isento de poros maiores que 100 nanômetros.
3. Material de carbono microporoso, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o esqueleto de carvão poroso consiste essencialmente em carbono, tem uma porosidade de 10% ou mais, e tem um coeficiente eficaz de extinção menor que 1.
4. Artigo, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: uma camada de substrato, e uma camada de esqueleto de carbono microporoso disposta sobre a camada de substrato, sendo que o esqueleto de carbono microporoso tem um tamanho médio de poro de 0,1 a 10 nanômetros e é substancialmente isento de poros maiores que 1 micrômetro.
5. Artigo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de substrato é uma camada permeável a gases.
6. Artigo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o esqueleto de carbono microporoso tem um tamanho médio de poro de 1 a 10 nanômetros e é substancialmente isento de poros maiores que 100 nanômetros.
7. Artigo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de carbono microporoso forma uma camada de filtração, uma camada de separação de gás, ou uma camada de separação viral.
8. Método para a formação de um material de carbono microporoso, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: formação de um plasma de hidrocarboneto a partir de um gás de hidrocarboneto, deposição do plasma de hidrocarboneto em um substrato para formar uma camada de hidrocarboneto, e aquecimento da camada de hidrocarboneto e remoção de ao menos uma porção do hidrogênio para formar um material de carbono microporoso.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de formação compreende a formação de um plasma de hidrocarboneto a partir de um gás de hidrocarboneto alcano (C1-C10), alceno (C1-C10)1 ou alcino (C1-C10).
10. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de formação compreende a formação de um plasma de hidrocarboneto a partir de um gás de hidrocarboneto butano ou butadieno.
11. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de aquecimento compreende o aquecimento da camada de hidrocarboneto e a remoção de ao menos uma porção do hidrogênio para formar um material de carbono microporoso, sendo que o material de carbono microporoso consiste essencialmente em carbono.
12. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de deposição compreende a deposição de um plasma de hidrocarboneto em um substrato contendo uma tensão de polarização negativa ou uma tensão de autopolarização negativa, para formar uma camada da hidrocarboneto.
13. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de aquecimento compreende o aquecimento da camada de hidrocarboneto em uma atmosfera de amônia e a remoção de ao menos uma porção do hidrogênio para formar um material de carbono microporoso que tem um tamanho médio de poro de 1 a 10 nanômetros e é substancialmente isento de poros maiores que 100 nanômetros.
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