Investigación

 

Similarity between optical response kinetics of conducting polymer thin film based gas sensors and electrochromic devices

 

Hailin Hu*^,a, L. Hechavarría^a and M.E. Nicho^b

 

^a Centro de Investigación en Energía, Universidad Nacional Autónoma de México. Av. Xochicalco S/N, Temixco, Morelos, 62580, México Tel. +52-55 5622 9747. Fax: +52-55 5622 9742 *e-mail: hzh@cie.unam.mx.

^b Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, UAEM, Cuernavaca, Morelos.

 

Recibido el 29 de agosto de 2003.
Aceptado el 5 de noviembre de 2003.

 

Abstract

Chemically deposited polyaniline (PANI) thin films were used as optically active materials in optochemical gas sensors (OGS) as well as in electrochromic devices (ECDs). An electrochemically deposited poly(3-methylthiophene) (P3MT) thin film based ECD was also prepared to be compared to PANI based ECDs. In all these optical devices, the optical response kinetic curves of PANI and P3MT films can be fitted quite well with two terms of the same exponential expression: one faster and one slower. The faster one could be attributed to a rapid specific surface or interface reaction process, and the slower one to a volumetric or bulk diffusion-reaction process. The physical meanings of the fitting parameters come from the Langmuir adsorption theory and Freundlich isotherm in the case of OGS and the Butler-Volmer equation for polymer based ECDs.

Keywords: Polyaniline; poly(3-methylthiophene); optical response kinetics; diffusion-reaction; gas sensors; electrochromic devices.

 

Resumen

Películas delgadas de polianilina (PANI) depositadas por métodos químicos fueron empleadas como elementos ópticamente activos tanto en sensores ópticos de gases (OGS) como en dispositivos electrocrómicos (ECDs). Otro dispositivo electrocrómico en base de películas de poli-3-metiltiofeno preparadas por métodos electroquímicos fue construido para comparar con el de PANI. En todos estos dispositivos ópticos, la cinética de las respuestas ópticas se puede ajustar muy bien con dos términos de la misma expresión exponencial: uno más rápido y otro más lento. El más rápido se puede atribuir a un proceso de reacción interfacial o superficial específico, y el más lento a un proceso de reacción-difusión volumétrica. Los significados físicos de los parámetros de ajuste provienen de la teoría de adsorción de Langmuir y del isoterma de Freundlich en el caso de OGS, y de la ecuación de Butler-Volmer en el caso de los ECDs.

Descriptores: Polianilina; poli(3-metiltiofeno); cinética de la respuesta óptica; difusión-reacción; sensores de gases; dispositivos electrocrómicos.

 

PACS: 71.20.Rv; 73.61.Ph; 78.40.Me; 78.66.Qn; 82.35.Cd; 82.47.Tp

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Acknowledgements

The authors thank to José Campos and Rogelio Morán for technical assistance. Financial support from PAPIIT-UNAM IN114902 is acknowledged.

 

References

1. P.N. Bartlett and S.K. Ling-Chung, Sens. Actuators 20 (1989) 287.         [ Links ]

2. M. Hirata and L. Sun, Sens. Actuators 40 (1994) 159.         [ Links ]

3. S. Unde, J. Ganu, S. Radhakrishnan, Adv. Mater. Opt. Electron. 6 (1996) 151.         [ Links ]

4. K. Ogura, T. Saino, N. Nakayama, and Shiigi, J. Mater. Chem. 7 (1997) 2363.         [ Links ]

5. D.C. Trevedi, in: Conductive Polymers: Synthesis and Electrical Properties, (Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers, Vol.2, H.S. Nalwa Ed., Wiley, New York, 1997) pp. 505-572.         [ Links ]

6. M.E. Nicho et al., Sensors and Actuators B: Chemical 76 (2001) 18.         [ Links ]

7. H. Hu, M. Trejo, M.E. Nicho, J.M. Saniger and A. Garcia-Valenzuela, Sensors and Actuators B: Chemical 82 (2002) 14.         [ Links ]

8. H. Hu, L. Hechavarría and J. Campos, Solid State Ionics 161 (2003) 165.         [ Links ]

9. P.N. Bartlett and J.W. Gardner, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 354 (1996) 35.         [ Links ]

10. K. Aoki and Y. Tezuka, J. Electroanal. Chem. 267 (1989) 55.         [ Links ]

11. L. Hechavarría, H. Hu, and M.E. Rincón, Thin Solid Films 441 (2003) 56.         [ Links ]

12. J.L. Cadenas and H. Hu, Solar Energy Materials and Solar Cells 55 (1998) 105.         [ Links ]

13. V. Argueta Diaz, M. Trejo Valdez, and A. García Valenzuela, Rev. Sci. Instrum. 71 (2000) 2995.         [ Links ]

14. S. Wu, F. Zeng, F. Li, and Y. Zhu, Eur. Polym. J. 36 (2000) 679.         [ Links ]

15. L. Yu Kupriyanov, Handbook of Sensors and Actuators, Semiconductor Sensors in Physico-Chemical Studies, (Vol.4, Elsevier, Amsterdam, 1996) pp.13-23.         [ Links ]

16. M.E.G. Lyons, in Electroactive Polymer Chemistry. Part 1: Fundamentals, M.E.G. Lyons (Ed., Plenum Press, New York and London, 1994), pp. 66-72.         [ Links ]

17. Wolfgang Göpel and Klaus-Dieter Schierbaum, Molecular recognition for chemical sensing: General Survey and the Specific Role of π-conjugated systems, in Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers: Vol-4. Conductive polymers: Transport, Photophysics and Applications. H.S. Nalwa (Ed., John Wiley & Sons Ltd., Chischester, 1997) pp.621-659.         [ Links ]

18. M.E. Nicho, L. Rivera, and H. Hu, Adv. Mater. Opt. Electron. 9 (1999) 47.         [ Links ]