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Publicação
ULTRASMOOTH AND IONICALLY DOPED NANOCELLULOSE SUBSTRATES FOR COMBINATION WITH 2D MATERIALS IN ELECTRONIC DEVICES
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 24.38 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Electronic waste is growing with a fast pace, being a threat to human health and the
environment. Printed electronics (PE) appear as an alternative, due to the use of renewable
and biodegradable materials. PE is a complementary technology to conventional siliconbased
electronics, offering a distinct approach that facilitates the fabrication of large-scale,
cost-effective devices.
The manufacturing process of PE is based on the combination of a functional material,
the ink, and a substrate. Developing an appropriate eco-friendly substrate stands out as
the primary challenge of this thesis. This challenge arises due to the specific prerequisites
inherent in the printing process. Surface smoothness, porosity, absorption and energy are
some of the aspects to consider to develop a suitable substrate for PE.
Paper is an interesting substrate for PE due to its low-cost, recyclability, flexibility,
lightweight nature, inertness, attractive mechanical properties, and a low thermal expansion
coefficient. Cellulose is the most abundant polymer in the biosphere and its
derivatives lead to a wide variety of applications due to their distinct properties. In
this work, adequate eco-friendly substrates for PE have been reported by combining
commercial paper with nanocellulose (NC) and cellulose derivatives, through a "reverse
lamination" procedure. Composite films of cellulose nanofibers and cellulose nanocrystals
(CNF-CNC) made the paper surface ultra-smooth (3.60 nm) with good interaction
with different solvents, allowing printings with good resolution. Moreover, the modified
papers can work as substrate and active layer in fast-response and high-sensitive humidity
sensing devices. The cellulose-based substrates were further combined with Graphene
Oxide (GO), obtaining moisture sensors with improved response time (9 s) and sensitivity
(1.22±0.11×106 Ω/RH%).
Os resíduos eletrónicos estão a crescer a um ritmo acelerado, representando uma ameaça para a saúde humana e o ambiente. A eletrónica impressa (PE) surge como uma alternativa, devido à utilização de materiais renováveis e biodegradáveis. A PE é uma tecnologia complementar à eletrónica convencional baseada em silício, oferecendo uma abordagem distinta que facilita a fabricação em larga escala, de forma económica. Oprocesso de fabricação na eletrónica impressa baseia-se na combinação deummaterial funcional, a tinta, e um substrato. Desenvolver um substrato amigo do ambiente adequado destaca-se como o principal desta tese. Este desafio surge devido aos pré-requisitos específicos inerentes ao processo de impressão.Alisura da superfície,porosidade,absorção e a energia superficial são alguns dos aspetos a considerar para desenvolver um substrato adequado para a PE. O papel é um substrato interessante devido ao seu baixo custo, reciclabilidade, flexibilidade, leveza, inércia e propriedades mecânicas atrativas. A celulose é o polímero mais abundante na bioesfera e os seus derivados possiblitam uma ampla variedade de aplicações devido às suas propriedades distintas. Neste trabalho, foram apresentados substratos ecológicos adequados para a eletrónica impressa, combinando papel comercial com nanocelulose (NC) e derivados de celulose, através de um procedimento de "laminação inversa". Filmes compostos por nanofibras e nanocristais de celulose (CNF-CNC) tornaram a superfície do papel ultra-suave (5 nm) exibindo boa interação com diferentes solventes, permitindo impressões com boa resolução. Além disso, os papéis modificados podem funcionar como substrato e camada ativa em dispositivos de deteção de humidade de resposta rápida e alta sensibilidade. Os substratos à base de celulose foram posteriormente combinados com Óxido de Grafeno (GO), obtendo sensores de humidade com melhores tempos de resposta (9 s) e sensibilidade (1.22±0.11×106 Ω/RH%).
Os resíduos eletrónicos estão a crescer a um ritmo acelerado, representando uma ameaça para a saúde humana e o ambiente. A eletrónica impressa (PE) surge como uma alternativa, devido à utilização de materiais renováveis e biodegradáveis. A PE é uma tecnologia complementar à eletrónica convencional baseada em silício, oferecendo uma abordagem distinta que facilita a fabricação em larga escala, de forma económica. Oprocesso de fabricação na eletrónica impressa baseia-se na combinação deummaterial funcional, a tinta, e um substrato. Desenvolver um substrato amigo do ambiente adequado destaca-se como o principal desta tese. Este desafio surge devido aos pré-requisitos específicos inerentes ao processo de impressão.Alisura da superfície,porosidade,absorção e a energia superficial são alguns dos aspetos a considerar para desenvolver um substrato adequado para a PE. O papel é um substrato interessante devido ao seu baixo custo, reciclabilidade, flexibilidade, leveza, inércia e propriedades mecânicas atrativas. A celulose é o polímero mais abundante na bioesfera e os seus derivados possiblitam uma ampla variedade de aplicações devido às suas propriedades distintas. Neste trabalho, foram apresentados substratos ecológicos adequados para a eletrónica impressa, combinando papel comercial com nanocelulose (NC) e derivados de celulose, através de um procedimento de "laminação inversa". Filmes compostos por nanofibras e nanocristais de celulose (CNF-CNC) tornaram a superfície do papel ultra-suave (5 nm) exibindo boa interação com diferentes solventes, permitindo impressões com boa resolução. Além disso, os papéis modificados podem funcionar como substrato e camada ativa em dispositivos de deteção de humidade de resposta rápida e alta sensibilidade. Os substratos à base de celulose foram posteriormente combinados com Óxido de Grafeno (GO), obtendo sensores de humidade com melhores tempos de resposta (9 s) e sensibilidade (1.22±0.11×106 Ω/RH%).
Descrição
Palavras-chave
Printed Electronics Substrate Nanocellulose Ultra-smooth Active-layer