Printing techniques for flexible sensor based on graphene oxide

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Bonando, Matheus Guitti
• Orientador(a): Saito, Lúcia Akemi Miyazato
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng; por
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: graphene oxide; flexible electronics; electromyography; reduced graphene oxide; laser reduced graphene oxide; thermal sensor; blade coating
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/41366

Este trabalho de pesquisa avança na compreensão e no desenvolvimento do óxido de grafeno reduzido por laser (L-rGO) para aplicações em dispositivos eletrônicos flexíveis, com foco especial em sua integração em sistemas de eletromiografia (EMG) habilitados para comunicação de campo próximo (NFC). Inicialmente, o trabalho explora a influência das propriedades do substrato — ou seja, difusividade térmica, rugosidade da superfície e composição química — na redução fototérmica do GO usando um laser pulsado de 450 nm em condições ambientais. Filmes finos de GO foram fabricados em membranas de filtração de náilon, acetato de celulose e nitrocelulose, produzindo L-rGO com resistências de lâmina de 42,0 ± 2,1 Ω/sq (náilon), 58,1 ± 2,6 Ω/sq (acetato de celulose) e 231,2 ± 3,9 Ω/sq (nitrocelulose). O substrato de nylon também apresentou os parâmetros estruturais mais favoráveis, com uma razão ID/IG de 0,22 e uma razão I2D/IG de 0,80, indicando grafenização superior e defeitos estruturais mínimos. A segunda fase aborda a robustez mecânica dos filmes de L-rGO transferidos para substratos de TPU flexíveis, não apresentando alteração significativa na resistência elétrica após mais de 2000 ciclos de flexão, mesmo em curvaturas de apenas 0,05 mm de raio e ângulos de torção de até 180°. Esses resultados demonstram a alta durabilidade do material sob estresse mecânico cíclico e a flexibilidade ultra-alta. Em termos de desempenho, os eletrodos de rGO foram aplicados com sucesso na aquisição de sinais de EMG, demonstrando alta fidelidade e baixo ruído em medições bioeletrônicas em tempo real. Esses eletrodos foram perfeitamente integrados a uma antena NFC, estabelecendo uma plataforma sem fio e sem bateria para biossensores vestíveis. A terceira fase emprega uma técnica de revestimento por lâmina para fabricar filmes nanométricos de GO com alta uniformidade. Ajustando com precisão a abertura das lâminas e os parâmetros de revestimento, filmes com espessuras de 12,2 ± 1,1 nm foram obtidos utilizando uma abertura de lâminas de 20 µm, com excelente reprodutibilidade em áreas de 70 mm x 70 mm em menos de 30 segundos, demonstrando a escalabilidade do processo. Em resumo, esta tese apresenta uma investigação abrangente e aprimoramento de dispositivos baseados em L-rGO, oferecendo uma abordagem escalável e sem necessidade de sala limpa para a fabricação de dispositivos eletrônicos flexíveis de alto desempenho.