Desenvolvimento de novos substratos de quitosana transparentes e flexíveis para aplicação em dispositivos sensores de gás na detecção de amônia

Abstract

Resumo: Atualmente, o uso de materiais nocivos ao meio ambiente na fabricação de dispositivos é considerado um dos grandes desafios da eletrônica, por isso a busca por novos substratos de forma geral tem se intensificado, assim como os biodegradáveis, flexíveis e transparentes. Esta dissertação tem como produto as quitosanas de massa média molar (micropartículas) e de baixa massa molar (nanopartículas) para aplicação em substratos de sensores de gás. Neste trabalho, foram desenvolvidos novos substratos flexíveis à base de quitosanas e estudou-se diferentes deposições de materiais orgânicos semicondutores dispersos em meio aquoso, como o PEDOT:PSS e nanopartículas de P3HT. Os polímeros conjugados, tanto para os dispersados em água, quanto os outros, constituem um desafio para a obtenção de filmes finos e homogêneos, muito usados como camada ativa de dispositivos eletrônicos. Aqui foi utilizando a técnica slot-die coating para depositar filmes orgânicos das quitosanas que sejam reprodutíveis. Para os polímeros conjugados, a técnica usada para deposição dos filmes foi a de drop-cast. Foram analisadas a relação para controlar a superfície e estabilidade dos filmes, a hidrofobicidade dos substratos de quitosanas através da molhabilidade, bem como as propriedades ópticas através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos filmes finos nos quais são estudadas as propriedades morfológicas. As propriedades mecânicas e elétricas são estudadas através do método de flexão, para se obter a resistência em relação a flexibilidade dos polímeros. Questões essas que são importantes para produzir novos filmes finos orgânicos que podem ser usados em dispositivos eletrônicos. Como aplicação para este trabalho são desenvolvidos sensores de gás biodegradáveis para detecção de amônia. Este trabalho pode contribuir para o desenvolvimento futuro de sensores para detecção de gases de amônia, ampliando assim a aplicabilidade dos compósitos usados.

Abstract: Currently, the use of environmentally harmful materials in the manufacture of devices is considered one of the great challenges of electronics, which is why the search for new substrates, in general, has intensified, as well as biodegradable, flexible, and transparent ones. This dissertation has as a product the average molar mass of chitosans (microparticles) and low molar mass (nanoparticles) for application in substrates of gas sensors. In this work, new flexible substrates based on chitosan were developed and different depositions of organic semiconductor materials dispersed in an aqueous medium were studied, such as PEDOT:PSS and P3HT nanoparticles. Conjugated polymers, dispersed in water and others, constitute a challenge for obtaining thin and homogeneous films, widely used as an active layer in electronic devices. Here, the slot-die coating technique was used to deposit reproducible organic chitosan films. For the conjugated polymers, the method used for deposition of the films was drop-cast. The relationship to control the surface and stability of the films, the hydrophobicity of chitosan substrates through wettability, as well as the optical properties through scanning electron microscopy (SEM) of thin films in which the morphological properties are studied, were analyzed. The mechanical and electrical properties are studied through the bending method, to obtain the resistance to the flexibility of the polymers. These issues are important to produce new organic thin films that can be used in electronic devices. As an application for this work, biodegradable gas sensors for ammonia detection are developed. This work can contribute to the future development of sensors for the detection of ammonia gases, thus expanding the composites' applicability.