1. Estudo da redução do óxido de grafeno assistido por laser para aplicações em eletrônica flexível
- Author
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Bonando, Matheus Guitti, Saito, Lúcia Akemi Miyazato, Silva, Cecília de Carvalho Castro e, Spadoti, Danilo Henrique, and Matos, Christiano José Santiago de
- Subjects
óxido de grafeno reduzido ,redução assistida por laser ,padrões condutores ,filmes finos ,ENGENHARIAS [CNPQ] ,óxido de grafeno ,eletrônica flexível - Abstract
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Fundo Mackenzie de Pesquisa Advances in printing technologies have transformed the field of electronics and sensors. The implementation of new materials and the constant development of standardization techniques, flexible electronic devices, and easy to produce have proved to be increasingly viable, being an alternative with more prominence and research. Thus, it is possible to replace rigid silicon electronics with new flexible integrated circuits that require low production costs and high reliability. Carbon-based materials have proved to be the most promising in this regard; among them is graphene, the first 2D material to be isolated from a graphite sample. The material has attracted researchers' attention for its excellent thermal, mechanical, optical, and electrical properties. As it is a monatomic thick material, its difficulty in handling, transferring, and manufacturing on a large scale are still challenging. Based on this, its graphene oxide derivative (GO) can be manufactured on a large scale, adhering to different materials and surfaces, and manipulated with ease and flexibility without affecting its physical properties. The reduction process can subsequently occur chemically, thermally, or by photoreduction to obtain reduced graphene oxide (rGO), which has structures and properties like those of graphene, allowing the creation of conductive patterns on different substrates. This work presents the fabrication of flexible conductive patterns of rGO by laser on a nitrocellulose membrane. The thin films of GO were manufactured through a vacuum filtration system where the best results are obtained using a volume of 3 mL and a concentration of 1 mg/mL on a nitrocellulose membrane with 0.2 µm pores as a substrate. The conductive patterns of rGO were made by two CW laser (λ = 488 and 532 nm) with a power of 20 mW, and a pulsed laser (λ = 405 nm), a frequency of 20 kHz and an optical power of 3 mW. In the laser reduction of graphene oxide, there is no need to use any chemical product, which contributes to green chemistry, that is, positively affecting the environment and can be transferred to other substrates. The minimum sheet resistance obtained from reduced graphene oxide with laser was 162.5 ± 18.7 Ω/sq. Os avanços nas tecnologias de impressão têm transformado o campo da eletrônica e dos sensores. Devido à implementação de novos materiais e ao constante desenvolvimento de técnicas de padronização, o desenvolvimento de dispositivos flexíveis e de fácil produção tem se demonstrado cada vez mais viável, sendo uma alternativa com mais destaque e pesquisa. Assim, é possível a substituição de eletrônicos rígidos de silício por novos circuitos integrados flexíveis que requerem baixo custo de produção e alta confiabilidade. Os materiais a base de carbono têm se demonstrado os mais promissores neste quesito, entre eles está o grafeno, primeiro material 2D a ser isolado a partir de uma amostra de grafite. O material tem atraído mais a atenção de pesquisadores por suas excelentes propriedades térmicas, mecânicas, ópticas e elétricas. Por ser um material de espessura monoatômica, a sua dificuldade de manipulação, transferência e fabricação em grande escala ainda são desafiantes. Com base nisto, seu derivado óxido de grafeno (GO) pode ser fabricado em grande escala, podendo ser aderido a diferentes materiais e superfícies e manipulado com facilidade e flexibilidade sem que isto afete significativamente as suas propriedades físicas. O processo de redução pode ocorrer posteriormente de forma química, térmica ou por fotorredução, para a obtenção de óxido de grafeno reduzido (rGO), o qual apresenta estruturas e propriedades similares às do grafeno, possibilitando a criação de padrões condutores em diferentes substratos. Neste trabalho é apresentada a fabricação de padrões condutores flexíveis de rGO por laser em filmes de GO sobre uma membrana de nitrocelulose. Os filmes finos de GO foram fabricados através de um sistema de filtração a vácuo onde os melhores resultados foram alcançados com volume de 3 mL e concentração de 1 mg/mL, em uma membrana de nitrocelulose com poros de 0,2 µm como substrato. Os padrões condutores de rGO foram obtidos por dois lasers CW (λ = 488 e 532 nm) com potência de 20 mW, e um laser pulsado (λ = 405 nm), frequência de 20 kHz e potência média de 3 mW. No processo de redução a laser do óxido de grafeno, não há a necessidade da utilização de nenhum produto químico, o que contribui para uma química verde, ou seja, afetando positivamente ao meio ambiente, podendo ser transferido para outros substratos. A resistência elétrica mínima de folha obtida de óxido de grafeno reduzido com laser foi de 162,5 ± 18,7 Ω/sq.
- Published
- 2020