Existe uma infinidade de técnicas para o processamento, deposição e impressão de materiais em dispositivos sensores de pressão. Iremos nos deter nas mais utilizadas como a extrusão, Screen printing, Inkjet printing, Spin Coating, Sputtering e GoP. Estas técnicas de processamento, deposição e impressão podem sofrer variações conforme o equipamento, tipo de material e finalidade almejada ao elemento sensor. A seguir será realizado uma descrição sucinta das técnicas de processamento e/ou deposição de materiais, bem como, algumas imagens que possam servir de exemplos a cada uma destas.
Extrusão
É um processo no qual o material polimérico é aquecido até fundir e forçado para fora da extrusora através de uma matriz, adquirindo a forma da matriz [1]. Conforme pode ser exemplificado na Figura 19 e Figura 20.
Figura 19: Representação esquemática da técnica de Extrusão.
Figura 20: Mini Extrusora.
Fonte: [10].
Screen printing
É uma tecnologia industrial que existe desde a década de 70, o mesmo é constituído por uma tela de tecido (que possui diferentes espessuras e densidades), um rodo e tintas. Para produzir um padrão, é pressionada uma lâmina de limpeza através do rodo que força a tela, colocando-a em contato com o substrato. Desta forma, a tinta é ejetada através das áreas expostas da tela sobre o substrato e forma-se o padrão desejado [28].
Os materiais mais comumente usados nesta tecnologia são poliéster e aço inoxidável [21].
São considerados três métodos de screen printing diferentes: cama plana, cilindro e rotativo [35]. Cama plana é o método de impressão de tela mais simples e comum, descrito anteriormente. Screen printing por cilindro é bastante semelhante ao método de cama plana, exceto que o padrão é depositado através da rotação do substrato enquanto este está ligado ao rolo da tela.
Na tela giratória, a tinta e rodo são rodados dentro da tela onde o cilindro de impressão produz pressão no substrato [23]. O método de tela rotativa permite uma capacidade de processamento muito maior do que a tela plana.
Figura 21: Representação esquemática da técnica de Screen Printing.
Fonte: [28].
Figura 22: Técnica de Screen printing: representação real (a), produto final (b).
Fonte: baseado em [8].
Inkjet printing
É um tipo de impressão que cria uma imagem digital através de gotículas de tinta ejetadas sobre substratos. Esta tecnologia utiliza tintas condutoras com base em diferentes materiais, tais como, tinta à base de nanopartículas de prata que é amplamente utilizada devido à sua elevada condutividade [36].
Existem dois tipos principais de impressoras inkjet, contínuas e drop-on-demand. Impressoras inkjet contínuas foram as primeiras a ser usadas para impressão de imagens. O seu funcionamento consiste na emissão de um fluxo constante de gotas de tinta. O fluxo de gotas pode ser desviado eletronicamente para um sistema de reciclagem ou passar para o substrato. O papel de impressão está ligado a um grande cilindro que gira sob a cabeça de impressão. Nesta técnica podem ser usados inúmeros substratos, tais como, polímeros, tecido, papel, vidro, plástico, entre outros [32 e 52].
A Figura 23, apresenta a representação esquemática do processo de Inkjet printing do tipo contínuo e do tipo Drop on demand, e a Figura 24, apresenta um modelo de impressora comercial que utiliza do processo Drop on demand.
Figura 23: Representação esquemática da técnica Inkjet printing, do tipo contínuo (a) e Drop on
demand (b).
Fonte: [79].
Figura 24: Exemplo de impressora que utiliza a técnica drop-on-demenand.
Fonte: [8].
Spin Coating
A técnica de spin coating é muito utilizada para preparar amostras com aplicações de filmes finos. Este processo consiste na deposição de pequenas quantidades de fluídos em cima de substratos e a sua posterior rotação a grandes velocidades. O material é depositado no centro do substrato manualmente ou através de um braço robótico. Seguidamente, a rotação provoca a dispersão do fluido e a formação de filmes finos em cima do substrato.
As características dos filmes formados dependem do equilíbrio entre as forças centrífugas, controladas pela velocidade de rotação e as forças viscosas, que dependem da natureza do solvente. Uma característica importante do spin coating é a reprodutibilidade dos resultados, o que permite reproduzir facilmente amostras sob as mesmas condições
experimentais, nomeadamente no que respeita à sua espessura, pois esta é inversamente proporcional à velocidade e ao tempo de rotação [42].
A Figura 25 apresenta uma representação esquemática do processo de Spin Coating, e a Figura 26, fornece um exemplo de maquina de realiza o processo de Spin Coating.
Figura 25: Representação esquemática da técnica Spin Coating.
Fonte: [42].
Figura 26: Máquina que realiza o processo de Spin coater.
Fonte: [42].
Sputtering
A técnica de sputtering é um processo utilizado para depositar filmes finos de um determinado material sobre superfícies. Este processo ocorre dentro de uma câmara a vácuo, onde é criado um plasma gasoso de um determinado gás (por exemplo, Argônio) e onde existe um alvo com o material que se pretende depositar (por exemplo, ouro). Os íons do plasma, frequentemente designados por íons energéticos, são acelerados contra o alvo e ejetam partículas neutras como átomos, clusters de átomos ou moléculas do material a depositar. As partículas ejetadas viajam até encontrarem a superfície de deposição. O substrato ao ser
colocado no caminho destas partículas ficará revestido com uma fina película do material constituinte do alvo [42].
A Figura 27 apresenta uma representação esquemática do processo de Sputtering, e a Figura 28, fornece um exemplo de maquina de realiza o processo de Sputter Coater.
Figura 27: Representação esquemática da técnica de Sputtering.
Fonte: [42].
Figura 28: Máquina que realiza processo de Sputter Coater.
Fonte: baseado em [42].
GoP
O método GoP (Graphite on Paper) consiste na deposição de grafite através da esfoliação mecânica em polímero flexível (no caso papel), conforme é representada esquematicamente na Figura 29.
Figura 29: Método GoP.
Fonte: Próprio autor.
2.4.1. O método GoP
O método GoP é um método simples e de baixo custo a qual permite através da deposição de grafite em papel, construir elementos sensores, através do efeito piezoresistivo, capaz de detectar pequenas deformações [66].
Kang, foi capaz de encontrar fatores de sensibilidade em seus experimentos de caracterização, utilizando GoP, ajustáveis de 15 a 50, sendo que, materiais como o Silício policristalino do tipo N apresenta fator de sensibilidade em torno de 65, porém, para sua utilização e preparo, são necessários técnicas de alto custo [69, 70].
Desta forma o método GoP apresenta-se promissor para a confecção de elementos sensores piezoresistivos, a base de grafite, sendo para tanto o método utilizado neste trabalho.