Estudo de materiais e dispositivos para eletrônica orgânica - Albano, Luíz Gustavo Simão [UNESP] (2018)
Atualmente, a eletrônica baseada em materiais orgânicos vem ganhando visibilidade no cenário científico e tecnológico devido à alta flexibilidade mecânica e baixo custo desses materiais. A fabricação de dispositivos eletrônicos baseados em materiais orgânicos e técnicas de baixo custo é um desafio pertinente e atual. Os transistores merecem destaque por serem a base da tecnologia atual. Em especial, uma arquitetura vertical comumente conhecida como VOFET (Transistor Orgânico de Efeito de Campo em Arquitetura Vertical) vem sendo explorada nos últimos anos. Entretanto, um problema comum em VOFETs é o eletrodo intermediário, o qual deve ser permeável a campos elétricos e apresentar baixa resistência de folha utilizando técnicas com baixo custo de produção. Desta forma, na primeira parte deste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um eletrodo intermediário baseado em nanofios de prata utilizando a técnica de baixo custo conhecida como Mayer rod-coating. Os eletrodos otimizados foram aplicados em dispositivos VOFETs, resultando em transistores com densidades de corrente de 2,5 mA/cm2 e razão on/off de 5x103, utilizando tensões de operação de até 2 V. Além dos semicondutores orgânicos comumente sintetizados, corantes naturais também vêm sendo explorados para aplicações em dispositivos eletrônicos. Dentre eles, a melanina desperta atenção por ser um pigmento natural encontrado em vários sistemas biológicos. No corpo humano a melanina é responsável por funções como pigmentação, fotoproteção e termoregulação. Suas características de transporte em função da umidade associada à sua alta biocompatibilidade, tem originado considerável interesse para aplicações em dispositivos eletrônicos. Apesar de suas vantagens, quando extraída in vivo a melanina apresenta considerável irregularidade estrutural e pouca solubilidade, sendo necessário o desenvolvimento de rotas sintéticas para a obtenção de filmes finos de qualidade. Assim, na segunda parte deste trabalho, foi explorada a obtenção de filmes finos de melanina para aplicações na eletrônica orgânica. Os resultados obtidos permitiram à aplicação desse material em transistores eletroquímicos. Além disso, um estudo considerando diferentes condições de umidade relativa e pHs permitiu mostrar que sua condutividade é governada pela reação de comproporcionamento. Na terceira parte deste trabalho, foi estudada a fabricação de filmes finos utilizando diferentes porcentagens de melanina em matrizes de álcool polivinílico, para simultâneas aplicações como filtros protetores de radiação ultravioleta e capacitores orgânicos transparentes. Os filmes finos fabricados apresentaram excelente desempenho contra os raios UVA, bloqueando 100 % dos raios incidentes, além de funcionar de forma simultânea como capacitores orgânicos transparentes utilizando nanofios de prata como eletrodos. A integração dos filtros com a eletrônica orgânica permite futuras aplicações desse sistema em janelas ópticas inteligentes. Na última parte deste trabalho, foi estudada a reticulação de cadeias poliméricas do álcool polivinílico através inserção da melanina com intuito de substituir o dicromato de amônio, tradicionalmente utilizado na de reticulação do polímero. Os resultados obtidos mostraram que os filmes finos com 0,5 % de melanina apresentaram uma redução na densidade de corrente de quase duas ordens de magnitude em comparação com os filmes finos de álcool polivinílico, comportamento similar quando a reticulação é realizada com dicromato de amônio. Os resultados obtidos neste trabalho mostram a possibilidade de fabricar dispositivos eletrônicos baseados em materiais orgânicos e técnicas de baixo custo. O uso da melanina mostra ser uma alternativa interessante, pois além de sua alta biocompatibilidade, este material pode desempenhar diferentes funções em dispositivos eletrônicos.