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Dec 04, 2023

Um jato de tinta totalmente

npj Eletrônica Flexível

npj Flexível Electronics volume 6, Número do artigo: 40 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Um método foi usado para fabricar uma matriz de sensor de gás totalmente impressa a jato de tinta em papel fotográfico. Uma matriz de eletrodos compreendendo 36 eletrodos interdigitais em um layout de alta densidade que é fácil de integrar foi fabricada usando uma combinação de tinta isolante e tinta prateada comercial. As tintas de polímero de impressão molecular (MIP) foram feitas usando um método de mistura de solução simples e essas tintas foram impressas junto com tinta preta de carbono na matriz do eletrodo para concluir a produção do sensor. Finalmente, a detecção dinâmica experimental de compostos orgânicos voláteis verifica que, para a detecção de gases correspondentes às moléculas modelo MIP, a camada MIP oferece melhorias tanto na sensibilidade quanto na seletividade quando comparada com camadas de polímeros não impressos. A matriz pode produzir uma resposta de mais de 20% a 3 ppm de ácido propenóico por meio do ajuste dos tempos de impressão para a camada de negro de fumo e a camada MIP.

Compostos orgânicos voláteis (VOCs) existem no ar em ambientes internos e externos1. A exposição prolongada a VOCs contendo ar terá efeitos adversos na saúde humana e pode causar a chamada síndrome do edifício doente2,3. Além disso, a pele e partes do corpo humano também produzem alguns VOCs4. A produção desses VOCs está relacionada ao gênero, idade, genética, estado fisiológico e hábitos alimentares5,6. Portanto, o desenvolvimento de método de monitoramento de VOC simples, mas eficaz, particularmente para monitoramento de VOC de temperatura ambiente, é importante para áreas como monitoramento da qualidade do ar, monitoramento da saúde humana e diagnóstico médico. Tradicionalmente, os VOCs têm sido analisados ​​pelo método de cromatografia gasosa-espectrometria de massa (GC-MS)7. No entanto, devido às desvantagens do GC-MS, por exemplo, alto custo, grande volume e análise não em tempo real, é necessário desenvolver sensores para detectar compostos orgânicos. Recentemente, sensores incluindo sensores de ressonância plasmônica de superfície localizada (LSPR)8, sensores de microbalanço de cristal de quartzo (QCM)9, sensores de ondas acústicas de superfície10 e sensores de óxido de metal11 foram desenvolvidos para detecção de VOC.

Sensores de gás do tipo quimiorresistor têm sido amplamente investigados e usados ​​para detectar VOCs devido às vantagens que incluem custo-benefício, um mecanismo de detecção simples e fácil integração12. Seu princípio de funcionamento é que, quando o gás alvo existe, ele pode interagir com o material sensor através de ligações covalentes, pontes de hidrogênio ou reconhecimento molecular, fazendo com que a resistência do material sensor mude13. O gás pode então ser detectado medindo a resistência do material sensor. Um sensor quimioresistor de gás básico compreende um conjunto de eletrodos interdigitais e uma camada sensora que cobre os eletrodos14,15. Métodos comuns de fabricação de camada de detecção incluem revestimento por gota16, revestimento por rotação17, serigrafia18 e impressão a jato de tinta19. Dentre esses métodos, o desenvolvimento de sensores quimioresistores de gás em substratos flexíveis utilizando impressão a jato de tinta vem se tornando uma importante área de pesquisa20,21. Este método tem atraído muita atenção porque as vantagens deste tipo de sensor incluem alta sensibilidade de monitoramento, peso leve, boa flexibilidade e designabilidade22,23.

No entanto, os VOCs são compostos por uma matriz complexa de produtos químicos, independentemente de serem provenientes de poluentes atmosféricos24 ou de várias partes do corpo humano25, incluindo ácidos graxos de baixo peso molecular, aldeídos, álcoois, cetonas, éteres e ésteres. Um único sensor de gás quimioresistor é um sensor não específico e não pode realizar análises mais precisas de VOCs com composições complexas. O uso de uma camada sensível de polímero impresso molecularmente (MIP) combinada com a matriz do sensor pode resolver esse problema de forma eficaz26. Esta tecnologia pode realizar o reconhecimento seletivo de moléculas de gás. A impressão molecular representa uma abordagem eficaz para criar padrões de reconhecimento com diversas formas e tamanhos para moléculas-alvo27. Os MIPs são redes poliméricas tridimensionais obtidas pela copolimerização de monômeros funcionais com reticuladores na presença de moléculas-alvo28. Quando as moléculas molde são removidas de uma rede polimérica por lavagem ou aquecimento, cavidades em nanoescala semelhantes às moléculas molde são geradas29,30. Usando essas cavidades altamente específicas, os MIPs foram aplicados como camadas de detecção altamente seletivas em alguns sensores de gás31. Quando a molécula alvo existe na cavidade dentro da estrutura tridimensional do polímero, ela fará com que a resistência do material mude; as mudanças são então medidas e convertidas em sinais elétricos observáveis. Os MIPs são amplamente utilizados em sensores de gás quimioresistores por causa de seu baixo custo, fácil síntese, desempenho estável e reutilização32.