Nature Derived Functional Materials for Smart Packaging

Abstract

O crescente interesse em smart packaging destaca a necessidade de substituir matérias-primas essenciais em dispositivos eletrónicos por alternativas sustentáveis, como a celulose. Este estudo explora papel funcional CMC/CNF/PPy e CMC/CNF/PANi como camadas ativas para sensores de humidade de substrato self-standing flexíveis e ecológicos em embalagens inteligentes. Foram formuladas tintas funcionais e os filmes fabricados por deposição por doctor blade, seguidos de screen printing de elétrodos interdigitais (IDEs). Os papeis funcionais foram caracterizados por meio de ATR-FTIR, imagens FIB-SEM, medição do ângulo de contato, ensaios de tração e análise da curva I-V. O desempenho do sensor de humidade mostrou tempos de resposta entre 240-480 s e tempos de recuperação entre 360-420 s e tempos de recuperação entre 1320-1920 s, com sensitividade de 0.597 a 0.6 uA/RH% de 10 a 80 RH%. Além disso, os testes de deteção de pressão revelaram uma sensibilidade de 81,7 MΩ/Torr, com tempos de resposta e recuperação de 4,26 e 2,2 segundos, respetivamente. Apesar de demonstrar o potencial do papel funcionalizado em aplicações de embalagens inteligentes, a baixa sensibilidade dos sensores de umidade sugere que é necessária uma maior otimização da composição composta para melhorar o desempenho. Este trabalho demonstra que os materiais à base de celulose podem servir como alternativas sustentáveis em aplicações sensor, embora sejam necessários ajustes adicionais para melhorar sua sensitividade e confiabilidade em cenários de aplicabilidade reais.

The growing interest in smart packaging highlights the need to replace critical raw materials in electronic devices with sustainable alternatives, such as cellulose. This study explores CMC/CNF/PPy and CMC/CNF/PANi functional paper as active layers for flexible and environmentally friendly self-standing substrate moisture sensers in smart packaging. Functional inks were formulated, and films were manufactured by doctor blade deposition, followed by screen printing of interdigital electrodes (IDEs). The functional roles were characterized by means of ATR-FTIR, FIB-SEM images, contact angle measurement, tensile tests and I-V curve analysis. The performance of the humidity sensor showed response times between 360-420 s and recovery times up to 1320-1920 s, with sensitivity ranging from 0.597 to 0.6 uA/RH% from 10 to 80 RH%. In addition, the pressure detection tests revealed a sensitivity of 81.7 MΩ/Torr, with response and recovery times of 4.26 and 2.2 seconds, respectively. Despite demonstrating the potential of functionalized paper in smart pack-aging applications, the low sensitivity of moisture sensors suggests that further optimization of composite composition is needed to improve performance. This work demonstrates that cellulose-based materials can serve as sustainable alternatives in sensor applications, although addi-tional adjustments are needed to improve their sensitivity and reliability in real-world applicabil-ity scenarios.