Desenvolvimento de componentes ativos e passivos flexíveis baseados em nanocelulose bacteriana e PEDOT

Abstract

A nanocelulose bacteriana é um material versátil, recentemente utilizado em diversos ramos tecnológicos, devido a grande gama de propriedades que possui. Na eletrônica orgânica estão sendo incentivadas as pesquisas cujo objeto de estudo são os compósitos de celulose bacteriana e polímeros conjugados. Em particular, os compósitos de celulose bacteriana e o polímero conjugado poli 3,4 etilenodioxitiofeno (PEDOT), tem sido apresentados na literatura como um material com características condutoras e que podem ser utilizados em diversas aplicações, por exemplo, no desenvolvimento de super capacitores orgânicos, melhora de contatos em baterias flexíveis, dentre outros. Na literatura, sobre estudos de condutividade de NCB/PEDOT, tem sido apontado que em algumas condições de medição, o material apresenta uma relação de tensãocorrente não linear, atribuída as condições não ideais de experimentacão.No entanto, neste trabalho foi demonstrado experimentalmente, que os compósitos apresentam as características próprias de um material semicondutor, como são as faixas de energia de bandgap óptico próximas à 1.31 eV, os valores de mobilidade localizados na faixa de 265 cm2/Vs e concentrações de portadores na ordem de 1015 cm-3. Com o intuito de demonstrar tal comportamento, foram confeccionados diodos de junção Schottky e resistores baseados nos compósitos de celulose bacteriana e o polímero PEDOT, os quais apresentaram curvas características de tensão-corrente inclusive superiores em relação às margens de corrente de fuga que possuem os diodos comerciais de estado sólido. Foi comprovada a capacidade de retificação dos diodos confeccionando um retificador de média onda com um resistor e um diodos baseados nos compósitos de celulose e PEDOT, observando que os dispositivos são capazes de suportar correntes de entrada na ordem de 10 mA e excursões de sinal de entrada de ± 14 Vpp, que é o valor máximo de tensão que fornece o aparelho gerador de sinais. Este trabalho tenta contribuir nas investigações iniciais para a evolução da eletrônica integrada em celulose, demonstrando que existem grandes perspectivas de que o material possa ser, no futuro, um concorrente dos materiais de estado sólido que são utilizados na indústria eletrônica comercial atualmente, com a vantagem de que estes sistemas baseados em celulose seriam orgânicos, flexíveis, biocompatíveis e biodegradáveis.

Abstract : The bacterial nanocellulose (BNC) is a versatile material recently located in the scope of different technology fields due to its wide range of properties. The researches about bacterial nanocellulose composites based on conjugate polymers are growing up in the organic electronics subjects so that it is becoming in an important study issue. Particularly, the bacterial nanocellulose composites based on the conjugate polymer poly (3,4 ethilenedioxythiophene) (PEDOT) have been described as a conductive material that could be used for different applications, for example, developing organic flexible super capacitors, improving the flexible thin film batteries contacts performance, etc. BNC/PEDOT composites conductivity studies and measurements highlight that in some experimental and environmental conditions, the material could present non linear voltage-current characteristic behavior. However, in this work it was experimentally demonstrated that the composites have a semiconductor characteristics such as the optical bandgap energies near to 1.31 eV, the mobility scale of values around 265 cm2/Vs and majority carriers densities of 1015 cm-3. Schottky diodes and resistors were developed for the purpose to validate and expose the BNC/PEDOT composites semiconductor behavior. Their voltage-current characteristics shapes had better performance than the commercial solid state Schottky diodes in terms of leakage currents. Furthermore, it was verified the Schottky diodes rectification performance forming a half wave rectifier configuration with the devices based on BNC/PEDOT composites. The rectifier could support input currents near to 10 mA and input voltage swings of ± 14 Vpp, the maximum output voltagesupply capability of the signals function generator equipment. This work could contributes as starting point in the evolution of the organic cellulose integrated circuits development, demonstrating the high possibilities in a near future to use the BNC/PEDOT composites as a competitor of the solid state materials used in the electronic circuits today with some special advantages such as their flexibility and biocompatibility, as environmentally friendly option to develop organic integrated circuits.