Têxteis Condutores e Têxteis Eletrônicos

Os têxteis eletrônicos são dispositivos eletrônicos funcionais construídos sobre uma base têxtil, enquanto os têxteis condutores são fibras, fios e tecidos com propriedades condutoras, que podem ser utilizados na construção de dispositivos eletrônicos e sensoriais. De acordo com Stoppa e Chiolerio (2014), têxteis eletrônicos (e-têxteis) são tecidos que apresentam interconexões eletrônicas incorporadas a eles, de forma que não se perca a flexibilidade física, característica esta, que não se pode alcançar com outras técnicas existentes de manufatura eletrônica. Portanto, os e-têxteis assim como os têxteis condutores, são materiais com propriedades peculiares, entre elas, a vestibilidade.

A principal diferença entre os materiais condutores tradicionais e os têxteis condutores, baseia-se no processo de produção. Materiais condutores convencionais consistem normalmente de um elemento metálico ou liga em estrutura contínua, que pode diferir na forma e espessura, enquanto que os materiais têxteis condutores são feitos de fibras e fios individuais, ou ainda tecidos formados por vários fios condutores. No entanto, o princípio básico de funcionamento em ambos é o mesmo, o que muda é a aplicabilidade (COTTET et al., 2003; BECKMANN et al. 2010).

Segundo Beckmann et al. (2010), o desempenho de um têxtil condutor está ligado diretamente a sua impedância. A impedância (resistência) nada mais é que a oposição que um circuito elétrico faz à passagem de corrente quando este é submetido a uma tensão. Para se conseguir uma transmissão de sinal ótima é necessário que um material possua os menores valores possíveis de impedância. A impedância de um condutor têxtil varia de acordo com o seu processo de fabricação. Por exemplo, sabe-se que a estrutura dos têxteis é porosa, por serem constituídas de uma rede de fios e/ou fibras entrelaçadas, que não possuem um contato entre si de forma permanente, diferentemente dos metais condutores, que possuem uma estrutura rígida, contínua, densa e não porosa. Devido a isso, a impedância nos têxteis condutores é mais elevada que nos metais, e, portanto, os metais serão sempre melhores condutores.

Ao longo da última década, muitas técnicas e materiais foram utilizados a fim de desenvolver materiais têxteis inteligentes, e, de forma sucinta, são apresentadas a seguir algumas dessas tecnologias.

➢ Fibras e fios têxteis condutores: As empresas Elektrisola Feindraht AG (Escholzmatt, Suíça) e Swiss-Shield® (Flums, Suíça) desenvolveram monofilamentos de metal que podem ser misturados a todos os tipos de fibras (Figura 13) e usados diretamente na tecelagem de malhas e tecidos planos. Os

filamentos vão desde latão, cobre e alumínio a filamentos de ouro, prata e bronze, incluindo a possibilidade de misturas entre eles. Figura 13 - Ilustração esquemática do filamento metálico fiado com fibras têxteis.

Fonte: STOPPA e CHIOLERIO, 2014.

➢ Tecidos condutores: A empresa britânica Baltex (Ilkeston, Reino Unido) utiliza a tecnologia de produção de malhas com filamentos metálicos incorporados. Seus tecidos são comercializados sob o nome Feratec® e possuem duas finalidades: aquecimento e blindagem eletromagnética (Figura 14). A empresa americana Thremshield LLC (Niagara Falls, NY, EUA), também produz tecidos de nylon metalizados com filamentos de cobre, níquel ou prata. A empresa dinamarquesa Chr. Dalsgaard (Aarhus, Dinamarca) desenvolvem igualmente tecidos eletrônicos para vestuário e microeletrônica.

Figura 14 - Tecido de poliéster com filamento de cobre.

Fonte: STOPPA e CHIOLERIO, 2014.

➢ Pasta condutora para estamparia: Têxteis eletrônicos podem ser produzidos utilizando pastas condutoras para estamparia. Tais pastas devem conter um metal precursor altamente condutor, como prata, cobre ou ouro, por exemplo. O Centro Têxtil Nacional da

Universidade Estadual da Carolina do Norte (Raleigh, NC, EUA) desenvolve pesquisas sobre estampagem de circuitos elétricos em não tecidos, que deverão constituir uma peça de vestuário protótipo, para monitoramento de batimentos cardíacos, temperatura corporal e respiração;

Embora existam diversas maneiras de obtenção de têxteis condutores, para Stoppa e Chiolerio (2014), é fundamental que, independente da tecnologia aplicada ao material têxtil para torná-lo condutor, sejam preservadas suas características naturais, como: flexibilidade, biocompatibilidade, resistência mecânica e capacidade de lavagem. Assim, poucas técnicas que utilizam metais são capazes de satisfazer todos estes requisitos ao mesmo tempo, o que se torna o principal desafio atual neste setor.

Na análise de todas estas tecnologias, Stoppa e Chiolerio (2014) concluem que embora tais descobertas representem uma evolução muito grande, ainda se tem muito a fazer em relação à inserção de metais (rígidos) em materiais têxteis (flexíveis), isto porque, metais são mais pesados quando comparados às fibras, e, tecidos devem possuir um baixo peso por unidade de área (não mais do que 300 g/m2_{). Os tecidos devem ser flexíveis}

e permitirem o alongamento sem se romperem, e, filamentos metálicos em seu interior aumentam sua rigidez e reduzem sua elasticidade. Embora os materiais metálicos como cobre e prata possuam as vantagens de serem excelentes condutores e inertes à lavagem e transpiração, eles inseridos no tecido dificultam a liberdade de movimento do usuário, não podem proporcionar um aquecimento uniforme e na fiação podem danificar as máquinas ao longo do tempo, em razão de suas características quebradiças.

De acordo com Stoppa e Chiolerio (2014), em vez de anexar metais e eletrônicos à substratos têxteis, fios, fibras e tecidos eletricamente condutores, também podem ser produzidos por revestimentos com substâncias condutoras, metálicas ou não. Técnicas de revestimento de têxteis incluem dentre as mais importantes, o chapeamento electroless, a deposição evaporativa, sputtering e deposição de polímero condutor.

Para Stoppa e Chiolerio (2014), a vantagem dos revestimentos é que eles são adequados para muitos tipos de fibras e produzem uma boa condutividade, sem alterar significativamente as propriedades naturais do substrato, tais como: densidade, flexibilidade e manuseio. É possível fazer um tecido condutor através de um tratamento de revestimento, embora as principais aplicações para estes tecidos sejam a de sensorização, proteção contra a eletricidade estática e interferência eletromagnética. Atualmente, as formas mais importantes de produção de têxteis condutores são:

➢ Incorporação de enchimentos condutores, tais como: negro de carbono, filamentos metálicos, grafite e partículas de metal ou flocos de Al, Cu, Ni e Ag.

➢ Revestimento com polímeros condutores ou metais, tais como: pasta de prata, polipirrol, polianilina entre outros.