Malha spacer revestida com polipirrol para sensor piezoresistivo

Abstract

Os têxteis eletrônicos são têxteis com comportamento inteligente, sensíveis a estímulos elétricos. Devido à era da conexão, tem crescido a demanda pelo uso de têxteis eletrônicos para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos flexíveis, dobráveis e leves, capazes de se integrar de forma funcional e confortável ao corpo humano e a superfícies deformáveis. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é desenvolver um sensor piezoresistivo utilizando uma malha spacer revestida com polipirrol, no qual o acionamento de LEDs será o indicador de resposta. A malha por trama com estrutura spacer manufaturada a partir da matéria-prima de poliéster foi revestida com duas concentrações de pirrol, 0,04 mol/L e 0,21 mol/L, a partir da polimerização oxidativa in situ. Foi realizado um teste preliminar para investigar qual das malhas revestidas apresentava menor resistência elétrica para acender uma lâmpada de LED. A malha spacer revestidas com 0,21 mol/L foi a amostra mais promissora para o desenvolvimento de um dispositivo com objetivo de iluminação. Análises de FTIR, TGA, MEV e colorimetria foram realizadas. O ensaio de condutividade pelo método de 4 pontas indicou condutividade igual a 5,85 S/m. Através do ensaio eletromecânico, comprovou-se também a propriedade piezoresistiva atribuída por meio do revestimento, com estabilidade e sem histerese. Realizou-se também ensaios de simulação de uso, sendo esses, resistência ao pilling, abrasão, solidez ao suor e à lavagem. Esses ensaios foram realizados isoladamente e em sequência. Após os ensaios, a condutividade foi novamente verificada, notando-se redução no valor medido para cada ensaio, mas mantendo ainda o comportamento semicondutor, sendo que, a amostra que foi submetida a todos os ensaios combinados, apresentou a maior redução, com condutividade elétrica igual a 2,10x10-1 S/m. Para o desenvolvimento do sensor, a malha foi conectada a um microcontrolador, que possibilitou a detecção da variação da pressão e transmissão de sinal, permitindo um monitoramento visual através do acionamento de três LEDs conforme estímulo. Já a malha que passou por todos os ensaios de simulação de uso combinados apresentou redução na eficiência do dispositivo, acionando apenas dois LEDs sob mesma programação da malha revestida. O estudo demonstrou o elevado potencial da aplicação de materiais têxteis em circuitos eletrônicos, provando a possibilidade de desenvolver um sensor piezoresistivo a partir de uma malha por trama spacer.

Abstract: Electronic textiles (e-textiles) are textiles with intelligent behavior that are responsive to electrical stimuli. Due to the increasing connectivity of modern society, the demand for e-textiles has grown for the development of flexible, foldable, and lightweight electronic devices capable of being functionally and comfortably integrated into the human body and deformable surfaces. Therefore, the aim of this study was to develop a piezoresistive sensor using a spacer fabric coated with polypyrrole, with LED activation serving as the response indicator. A weft-knitted spacer fabric manufactured from polyester was coated with two pyrrole concentrations, 0.04 mol/L and 0.21 mol/L, through in situ oxidative polymerization. A preliminary test was conducted to determine which of the coated fabrics exhibited the lowest electrical resistance for LED activation. The spacer fabric coated with 0.21 mol/L pyrrole was identified as the most promising sample for the development of a device intended for lighting applications. FTIR, TGA, SEM, and colorimetric analyses were performed. Conductivity measurements using the four-point probe method indicated a conductivity of 5.85 S/m. The electromechanical test also confirmed the piezoresistive behavior imparted by the coating, demonstrating stable performance without hysteresis. Simulated-use tests were also performed, including pilling resistance, abrasion resistance, and color fastness to perspiration and washing. These tests were conducted both individually and sequentially. Following the tests, conductivity was measured again, revealing a reduction in the measured value for each treatment while maintaining semiconducting behavior. The sample subjected to all combined simulated-use tests exhibited the greatest reduction, with an electrical conductivity of 2.10 × 10?¹ S/m. For sensor development, the fabric was connected to a microcontroller, enabling the detection of pressure variations and signal transmission, thus allowing visual monitoring through the activation of three LEDs in response to the applied stimulus. In contrast, the fabric subjected to all combined simulated-use tests exhibited reduced device efficiency, activating only two LEDs under the same programming conditions as the untreated coated fabric. The results demonstrate the high potential of textile materials for integration into electronic circuits and confirm the feasibility of developing a piezoresistive sensor based on a weft-knitted spacer fabric.