CONCLUSÕES
Neste trabalho foi desenvolvido e caracterizado um sensor que monitora diferentes concentrações de gás amônia no substrato de papel com característica como sendo flexível, versátil, biodegradável, leve, baixo custo e sendo utilizado em grandes áreas. Porém, o substrato utilizado possui fragilidade e irregularidade em sua estrutura. Por isso, foi realizado vários testes para conhecer as limitações e posteriormente melhorar o desempenho do dispositivo eletrônico estudado. Entretanto, o objetivo geral do trabalho foi cumprido que é desenvolver e caracterizar eletricamente um sensor polimérico, por meio da técnica de espectroscopia de impedância para monitoramento do gás amônia.
Além da simplicidade e do baixo custo associado a confecção do sensor de gás amônia, tendo a PAni como camada ativa e para as duas soluções diferentes, foram observados características similares, a saber:
efeito de eletrodo e interface nas propriedades elétricas por meio de curvas de corrente vs. tensão e de espectroscopia de impedância.
de acordo com os dados obtidos para a corrente contínua e alternada, observou que a melhor frequência esta entre 100 a 104 Hz.
A melhor sensibilidade em decorrente para o monitoramento de gás amônia é o sensor de 5 camadas a temperatura ambiente com a concentração de 2,5 mg/mL de PAni.
a impedância Zdc aumenta e a frequência crítica fc diminui com o aumento do gás amônia e, ambos tendem a saturar a 40 ppm. Já, no caso da admitância vs. o aumento da concentração do gás amônia, notou-se que quanto maior a concentração de amônia menor é a admitância para as duas concentrações de PAni, isso pode ser explicado levando-se em consideração o comportamento do modelo de saltos dos portadores de carga na PAni.
o modelo fenomenológico de Cole-Cole conferiu o caráter desordenado aos sistemas. A resistência associada à camada ativa aumentou com a
concentração de gás amônia e a capacitância manteve-se constante, resultado similar descrito na literatura.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] BIANCHI, R. F. Estudo das propriedades eletrônicas e ópticas de filmes e dispositivos poliméricos. Tese de doutorado em Ciências e Engenharia de Materiais. Orientador: Roberto Mendonça Faria. Universidade de São Paulo, USP, Brasil. Ano de obtenção: 2002.
[2] GRAU, G.; CEN, J.; KANG, H.; KITSOMBOONLOHA, R.; SCHEI-DELER, W. J.; SUBRAMANIAN, V. “Gravure-printed electronics: re-cent progress in tooling development, understanding of printingphysics, and realization of printed devices,” Flexible and Printed Electronics1, 023002 (2016).
[3] CALHEIRO, D. S. Ajuste do limite de detecção elétrica de compósitos condutivos para melhorar o desempenho de sensores híbridos. 2019. 115 f. Dissertação (Mestrado em Ciências – Física de Materiais) – Instituto de Ciências Exatas e Biológicas. Orientador: Rodrigo Fernando Bianchi. Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto. Ano de obtenção: 2019.
[4] GOMES, T. C. Sensores de amônia à base de polianilina preparados com impressora jato de tinta. Trabalho de conclusão de curso na Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", UNESP, Brasil. Orientador: Neri Alves. Ano de obtenção 2010.
[5] CAGNANI, L. D. Desenvolvimento e fabricação de protótipo de impressão roll-to- roll para estudos de produção em série de dispositivos orgânicos. Dissertação de mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais (Conceito CAPES 6). Universidade de São Paulo, USP, Brasil. Título: Ano de Obtenção: 2013. Orientador: Dr. Roberto Mendonça Faria.
[6] Tao, H. et al. Metamaterials on paper as a sensing platform.Adv. Mater. 23, 3197–3201 (2011).
[7] WANG, Y.; LAI, W.; JIANG, Z.; YANG, C. All-printed paper based surface mountable super capacitorsIEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2017. 24 2676–81.
[8] BARROS, A. R. X. de. Desenvolvimento de óxidos semicondutores tipo-p para aplicação em transístores de filme fino. Dissertação de Mestrado em Engenharia Microeletrônica e Nanotecnologias. Orientadora: Elvira Fortunato. Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Lisboa, Portugal.
[9] MARQUES, A. C. C. Desenvolvimento de um sensor colorimétrico em papel para detecção de bactérias eletroquimicamente ativas. Dissertação de Mestrado em Bioquímica. Orientadora: Elvira Fortunato. Coorientador: Carlos Alberto Gomes Salgueiro. Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Lisboa, Portugal.
[10] DAI, G.; HU, J.; ZHAO, X.; WANG, P. A Colorimetric paper sensor for lactase assay using a celulose-binding recombinante enzyme. Elsevier. Sensors and Actuators B 238 (2017), 138-144.
[11] ZHONG, Q. et al. Paper-Based Active Tactile Sensor Array. Adv.Mater. 27, 7130–7136 (2015).
[12] GÜDER, F. et al. Paper-Based Electrical Respiration Sensor.Angew. Chemie - Int. Ed. 55, 5727–5732 (2016).
[13] MAZZEO, A. D. et al. Paper-based, capacitive touch pads. Adv.Mater. 24, 2850– 2856 (2012).
[14] GRAU, G.; KITSOMBOONLOHA, R.; SWISHER, S. L.; KANG, H.; SUBRAMANIAN, V. Printed transistors on paper: Towards smart consumer product packaging. Adv. Funct. Mater. 24, 5067–5074 (2014).
[15] Tobjörk, D.; Österbacka, R. Paper electronics. Adv. Mater. 23, 1935–1961 (2011).
[16] PUSHPARAJ, V. L.; SHAIJUMON, M. M.; KUMAR, A.; MURUGESAN, S.; CI, L.; VAJTAI R.; LINHARDT, R. J.; NALAMASU, O.; AJAYAN, P. M. "Flexible energy storage devices based on nanocomposite paper", Proc. PNAS, vol. 104, pp. 13574, 2007.
[17] HAMEDI, M. M. et al. Integrating Electronics and Microfluidics on Paper. Adv. Mater. 28, 5054–5063 (2016).
[18] MARTINEZ, A. W.; PHILLIPS, S. T.; WHITESIDES, G. M. Three dimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape. Proc. Natl. Acad. Sci. 105, 19606–19611 (2008).
[19] MARTINS, G. V.; TAVARES, A. P. M.; FORTUNATO, E.; SALES, M. G. F. Paper-Based Sensing Device for Electrochemical Detection of Oxidative Stress Biomarker 8-Hydroxy-2′-deoxyguanosine (8-OHdG) in Point-of-Care. Sci. Rep. 7, 1– 10 (2017).
[20] MARQUES, A. C. et al. Office paper platform for bioelectrochromic detection of electrochemically active bacteria using tungsten trioxide nanoprobes. Sci. Rep. 5, 1– 7 (2015).
[21] LI, X.; TIAN, J.; GARNIER, G.; SHEN, W. Fabrication of paper-based microfluidic sensors by printing. Colloids Surfaces B Biointerfaces 76, 564–570 (2010).
[22] LI, X. et al. Soldering surface mount components on screen-printed ag patterns on paper and polyimide substrates for hybrid printed electronics. Flexible and Printed Electronics, IOP Publishing, 2018.
[23] SANTOS, M. C.; BIANCHI, A. G. C.; USHIZIMA, D. M.; PAVINATTO, F. J.; BIANCHI, R. F. Ammonia gas sensor based on the frequency-dependent impedance characteristics of ultrathin polyaniline films, Sensors Actuators A Phys 253 (2017) 156–164, https://doi.org/10.1016/J.SNA.2016.08.005.
[24] SANTOS, M. C.; HAMDAN, O. H. C.; VALVERDE, S. A.; GUERRA, E. M.; BIANCHI, R. F. Synthesis and characterization of V2O5/PANI thin films for application in amperometric ammonia gas sensors, 65 (2018) 116–120. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2018.11.013.
[25] DINIZ, M. O.; GOLIN, A. F.; Santos, M. C.; BIANCHI, R. F.; GUERRA, E. M. Improving performance of polymer-based ammonia gas sensor using POMA/V2O5 hybrid films. Organic Electronics (2019) 215-221. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2019.01.039.
[26] STECKL, J. A. Circuits on Cellulose. IEEE Spectrum, EUA, jan. 2013. http://spectrum.ieee.org/semiconductors/materials/electronics-on-paper. Acessado: 10/04/2018.
[27] GOMES, T. C. Sensores de amônia à base de polianilina preparados com impressora jato de tinta. Trabalho de conclusão de curso na Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", UNESP, Brasil. Orientador: Neri Alves. Ano de obtenção 2010.
[28] GONÇALVES, G. E. Condutividade Alternada de Polianilina Embebida com Nanopartículas de Óxido de Estanho e Índio. Tese de Doutorado em Engenharia de Materiais (Conceito CAPES 4). Universidade Federal de Ouro Preto, UFOP, Brasil. Ano de obtenção: 2013. Orientador: Rodrigo Fernando Bianchi.
[29] AKCELRUB, L. Fundamentos da Ciência dos Polímeros. Ed. Manole LTDA, 1ª ed., 2007, p. 1.
[30] CHIANG, C. K.; FINGER, C. R.; PARK, Y. W.; HEEGER, A.J.; SHIRAKAWA, H.; LOUIS, E. J.; GRAUS, C.; MACDIARMID, A. G. Eletrical conductivity in doped polyacetylene, Phis. Rev. Let.V. 39, p. 1098, 1997.
[31] SKOTHEIN, T. A. Handbook of conducting polymers. Vol I, 1st Ed., Marcel Dekker Inc. 1986.
[32] SILVA, M. M. Sensor Orgânico para Controle da Fototerapia Neonatal. Dissertação de mestrado em Engenharia de Materiais da REDEMAT. Universidade Federal de Ouro Preto, UFOP, Brasil. Título: Ano de Obtenção: 2011. Orientador: Dr. Rodrigo Fernando Bianchi.
[33] SOLOMONS, T. W. G. Química Orgânica. Vol I-II, 6 Ed. Ltc, 1996.
[34] SANTOS, M. C. Análise teórica-experimental das propriedades elétricas de sensores de amônia à base de polianilina. Doutorado em Física. Universidade Federal de Viçosa, UFV, Brasil. 2013. Orientador: Rodrigo Fernando Bianchi.
[35] SKOTHEIM, T. A.; REYNOLDS, J. Handbook of conducting Polymers, 3rd Ed., CRC Press, 2007.
[36] NARDES, A. M. - On the Conductivity of PEDOT: PSS Thin Films. Tese de Doutorado Department of Applied Physics of the Eindhoven University of Technology, in Eindhoven, the Netherlands, Universidade São Paulo, 132 páginas, São Paulo, 2007, p. 4-8.
[37] MATTOSO, L. H. C. Síntese, caracterização e processamento de polianilinas e seus derivados. Tese de Doutorado. UFSCar, DEMA. 1993.
[38] REIS, A. S.; FROTA, H. O. Estudo das propriedades eletrônicas da polianilina por cálculos de primeiros princípios. Universidade Federal do Amazonas, UFAM, Brasil. Título: Ano de Obtenção: 2016. Tese de dissertação de mestrado.
[39] MACDONALD, J. R. Impedance Spectroscopy, Annals of Biomedical
Engineering. 20, 289-305, 1992.
[40] BIANCHI, R. F.; FERREIRA, G. F. L.; LEPIENSKI, C. M.; FARIA, R. M. Alternating electrical conductivity of polyaniline, J. Chem. Phys. Vol. 110, n° 9, p. 4602-4607, 1999.
[41] FAEZ, R. et al. Polímeros condutores. Química Nova na Escola, v. 11, p. 13–18, 2000.
[42] ANSARI, R.; KEIVANI, M. B. Polyaniline Conducting Electroactive Polymers: Thermal and Environmental Stability Studies. E-Journal of Chemistry, 3(4):202–217, 2006.
[43] RIVERA, R.; TEIXEIRA, I. Perspectivas para a eletrônica orgânica no Brasil. BNDES Setorial 40. Rio de Janeiro: BNDES, 2014, p. 427-480.
[44] OE-A – ORGANIC AND PRINTED ELECTRONICS. Applications, Technologies and Suppliers. 5. ed. 2014.
[45] OE-A – ORGANIC AND PRINTED ELECTRONICS. Applications, Technologies and Suppliers. 5. ed. 2017.
[46] BLAYO, A.; PINEAUX, B. Printing processes and their potential for RFID printing. In: Proceedings of the 2005 Joint Conference on Smart Objects and Ambient Intelligence: Innovative Context-Aware Services: Usages and Technologies. Grenoble, France: ACM; 2005. pp. 27-30.
[47] JULIN, T. Flexo-printed piezoelectric PVDF pressure [thesis]. Tampere University of Technology; 2011.
[48] CLARK, D. A. Major Trends in Gravure Printed Electronics [Internet]. 2010. Available from: http://digitalcommons.calpoly.edu/grcsp/26. Acesso em: 25/02/2019. [49] CRUZ, S. M. F.; ROCHA, L. A.; VIANA, J. C.; Printing Technologies on Flexible Substrates for Printed Electronics. institute of Polymers and Composites/Institute for Nanostructures, Nanomodelling and Nanofabrication, Polymer Engineering Department, Campus of Azurém, University of Minho (IPC/I3N), Portugal. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.7616. Acesso em: 25/02/2019.
[50] LEE, T. M. et al. The effect of shear force on ink transfer in gravure offset printing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 2010;20:125026. DOI: 10.1088/0960-1317/20/ 12/125026.
[51] LIU, C. X.; CHOI, J. W. Patterning conductive PDMS nanocomposite in an elastomer using microcontact printing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 2009;19:85019. DOI: 10.1088/0960-1317/19/8/085019.
[52] XIA, Y.; WHITESIDES, G. M. Soft lithography. Annual Review of Materials Science. 1998;37:550. DOI: 0084-6600/98/0801-0153$08.00.
[53] QIN, D.; XIA, Y.; WHITESIDES, G. M. Soft lithography for micro- and nanoscale patterning. Nature Protocols. 2010;5:491-502. DOI: 10.1038/nprot.2009.234.
[54] MACDONALD, J. R.; Barsoukov, E. Impedance Spectroscopy - theory, experiment and applications. 2a ed. Wiley-Interscience. 2005.
[55] CHINAGLIA, D. L.; GOZZI, G.; ALFARO, R. A. M.; HESSEL, A. Espectroscopia de impedância no laboratório de ensino. Revista Brasileira de Ensino de Física. 30, 4504, 2008.
[56] MACDIARMID, A. G.; EPSTEIN, A. J. - The concept of secondary doping as applied to polyaniline. Synthetic Metals, v. 65, p. 103-116, 1994.
[57] POLLAK, M.; GEBALLE, T. H. Low-frequency conductivity due to hopping process in silicon, Phys. Rev., v 122, n 6, p 1742-1753, 1961.
[58] SANTOS, M.C. Preparação e caracterização elétrica de filmes ultrafinos de polianilina e poli (vinil sulfato de sódio) (PANI/PVS). Dissertação de mestrado, 107 folhas, Departamento de Física, Universidade Federal de Ouro Preto. REDEMAT-
Rede Temática em Engenharia de Materiais, 2009. Orientador: Dr. Rodrigo Fernando Bianchi.
[59] PSARRAS, G. C.; MANOLAKAKI, E.; TSANGARIS, G.M. - Dielectric dispersion and ac conductivity in Iron particles loaded polymer composites. Composites, part A. 34, p. 1187-1198, 2003.
[60] JONSCHER, A.K. The Universal Dielectric Response. Nature, v. 267, p. 673 - 678, 1977.
[61] EPSTEIN, A. J. AC conductivity of polyacetylene: distinguishing mechanisms of charge transport. In: Handbook of Conducting Polymers, v. 2, Ed. T.A. Skotheim (Marcel Dekker, New York), p. 1041-1097, 1986.
[62] ROSE, A. Space-charge-limited currents in solids. Physical Review. 97, 1538 1544, 1955.
[62] MACDIARMID, A.G.; EPSTEIN, A.J. Science and tecnology of conducting polymers. Proc. First Conf. On Frontiers of Polymer Reserch, India, 1991.
[63] COLE, K. S.; COLE, R. H. Dispersion and Absorption in Dielectrics. I. Alternating Current Characteristics‖. Journal of Chemistry Physics, v. 9, p. 341-351, 1941.
[64] CALLISTER, Jr.; WILLIAM, D. Ciência e Engenharia dos Materiais – Uma Introdução. 7 ª Ed. Editora LTC – Livros Técnicos e Científicos S.A. 2002.
[65] HIBBELER, R. C. Resistência dos Materiais.7ª Ed. Editora Pearson. 2009. [66] GEFEN, Y.; SHIH, W. H. ―Nonlinear behavior near the percolation metal- insulator transition. Physical Review Letters, v. 57, no 24, 1986.
[67] WIZIACK, N. K. L.; PATERNO, L. G.; FONSECA, F. J.; MATTOSO, L. H. C. Effect of film thickness and different electrode geometries on the performance of chemical sensors made of nanostructured conducting polymer films. Sensors and Actuators B. 122, 484-492, 2007.
[68] WANG, Z. H.; LI, C.; SCHERR, E. M.; MACDIARMID, A. G.; EPSTEIN, A. J. Three dimensionality of “metallic” states in conducting polymers: polyaniline. Physical Review Letters. 13, 1745-1748, 1991.
[69] NEGAMI Jr, H.; HAVRILIAK, S. J. Dielectric and mechanical relaxation in materials – analysis interpretation and aplication to polymers. Hanser Publisher, 1997.