Síntese e caracterização elétrica de filmes finos LbL de poli(etilenaimina) e poli(ácido acrílico) e seus compósitos com óxidos de grafeno reduzido : Synthesis and electrical characterization of LbL films made of poly(ethyleneimine) and poly(acrylic acid) and their composites with reduced graphene oxide

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Hossack, Shirley Monteiro Vieira da Rocha, 1999-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Filmes finos
Medidas elétricas
Polímeros
Grafeno
Thin films
Electric measurements
Polymers
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/14393
Resumo: Orientador: Varlei Rodrigues
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Para essas aplicações é necessário que os dispositivos tenham algumas propriedades de interesse como maleabilidade, biocompatibilidade, diversas propriedades elétricas e capacidade de autorregeneração. Uma classe de materiais em potencial se caracteriza por uma matriz polimérica dopada com algum agente condutor, neste caso óxido de grafeno reduzido. A matriz polimérica foi obtida através da técnica de auto adsorção física LbL (camada a camada, \textit{layer-by-layer} do inglês), que é baseada na adsorção de moléculas com cargas oposta em multicamadas. Para isso foi escolhida uma matriz polimérica que tenha capacidade de autorregeneração formado por poli(etileno imina) (PEI) e poli(ácido acrílico) (PAA) e está foi dopada por compósitos desses polímeros com óxido de grafeno reduzido com o fim de se obter um material condutor, maleável e autorregenerativo. Os filmes multicamadas foram depositados em um eletrodo interdigitado para a análise das propriedades elétricas. Uma das analises foi feita para acompanhar o crescimento dos filmes, por meio de medidas de impedância utilizando um impedancímetro desenvolvido e caracterizado neste projeto. Foram feitas também medidas DC para analisar o transporte elétrico em cada caso estudado. Inicialmente foi estudada a matriz polimérica não dopada, já é conhecido pela literatura que os filmes compostos de PEI/PAA apresentam uma grande sensibilidade à quantidade de água no sistema, por isso foi feito uma análise dos filmes PEI/PAA crescidos em ambientes com diferentes valores de umidade relativa do ar. Com essa análise notou que a capacitância dos filmes crescidos em ambientes mais úmidos é maior, indicando maior acumulo de água nas cadeias, considerando o alto valor da constante dielétrica da água. As medidas de transporte também indicam aprisionamento de água nas cadeias para filmes crescidos em ambientes mais úmidos. Em relação aos filmes dopados com rGO foram feitos filmes com duas arquiteturas: (PEI+GPEI)/PAA e PEI/(PAA+GPAA). Em ambos os casos percebeu-se uma diminuição na resistência, indicando o aumento na condução, como o esperado. Além disso, a partir das medidas DC, percebemos um comportamento em que a cada ciclo de tensão a corrente aumenta e a histerese das curvas é modificada, o que pode ser associado a aprisionamento de cargas e um comportamento de memristor, entretanto é preciso de mais medidas e análises para chegar a uma conclusão. No que diz respeito à eletrônica desenvolvida e caracterizada, observamos que ela exibe uma resposta linear na faixa de frequência de até 20kHz para as capacitâncias utilizadas, e também apresenta baixo nível de ruído. Com isso foi desenvolvido uma língua eletrônica com o fim de medir os sabores básicos e comparar o impedancímetro construído com um comercial. Neste teste obtemos um resultado satisfatório, vendo que em um dos casos o impedancímetro separa os sabores tão bem quanto quando utilizado o instrumento de medida comercialAbstract: The development of new materials for organic electronics is of utmost scientific importance. for the development of new devices such as electronic skin, bioelectronic devices and sensors. For such applications, certain material properties are essential including malleability, biocompatibility, diverse electrical properties, and self-healing capability. A potential class of material that can be used is characterized by a polymeric matrix dopped with reduced graphene oxide. The polymeric matrix was obtained with a self-adsorption-based technique LbL (layer-by-Layer), which is based on the self-adsorption of opposite charged molecules in multilayers. Therefor a self-healing polymeric matrix was chosen, the films were formed by poly(ethylenemine) (PEI) and poly(acrylic acid) (PAA) dopped with the composites formed by the polymers functionalized with reduced graphene oxide in order to obtain a conductor, malleable and self-healing material. The multilayers films were deposited in an interdigitated electrode with the aim of measure their electrical properties. One of the electrical analyses was conducted to track the growth of the films, by measuring impedance with an impedancimeter which was developed and characterized at this work. DC measurements were also conducted to analyze electrical transport in each case. At first, the self-healing polymeric matrix with no doping was studied. According to the literature, PEI/PAA films are known to exhibit high sensitivity to water content and due this behavior an analysis of the electrical properties for various films grown in environments with different relative air humidity values was conducted. With those measurements. A higher capacitance value was observed for the films grown in a more humid environment, indicating more water trapped in the polymeric matrix, owing the fac the high dielectric constant of the water. The electrical transport measurements also indicated water prisoned in the matrix for the films grown a more humid environment. Regarding the doped films with rGO two architectures were considered: (PEI+GPEI)/PAA and PEI/(PAA+GPAA). In both cases was noted a decrease on the resistance value, indicating an increasing of the conduction, as expected. Furthermore, the DC measurement shows a different behavior for each cycle of tension, the current increases in each cycle and the hysteresis is also modified, these can be associated with trapped charges and a memristor behavior. However, further measurements and analysis are required to reach a conclusive determination. With regard for the electronic developed and characterized in this project, it was observed that gain is linear for frequencies under 20kHz for the utilized capacitors, it also has a low-level noise. Therefore, a basic electronic tongue was developed in order to analyze the basic flavors and compare the new impedancimeter with a commercial one. The result obtained inn this test was satisfactory, the new impedancimeter constructed in this word and the commercial separate the flavors equally wellMestradoFísica AplicadaMestra em FísicaCAPES161252/2021-4CNPQ88887.639753/2021-00[s.n.]Rodrigues, Varlei, 1973-Alvarez, FernandoShimizu, Flávio MakotoUniversidade Estadual de Campinas. Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASHossack, Shirley Monteiro Vieira da Rocha, 1999-20232023-08-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (103 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/14393HOSSACK, Shirley Monteiro Vieira da Rocha. Síntese e caracterização elétrica de filmes finos LbL de poli(etilenaimina) e poli(ácido acrílico) e seus compósitos com óxidos de grafeno reduzido: Synthesis and electrical characterization of LbL films made of poly(ethyleneimine) and poly(acrylic acid) and their composites with reduced graphene oxide. 2023. 1 recurso online (103 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/14393. 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