Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Diniz, Layse Mendes
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48623
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.
id UNB_21db703930aa5ba4ecf5328eb6ac1e4a
oai_identifier_str oai:repositorio.unb.br:10482/48623
network_acronym_str UNB
network_name_str Repositório Institucional da UnB
repository_id_str
spelling Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidadeHemiceluloseNanopartículasPolímerosTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.O avanço tecnológico tem impulsionado a necessidade de sensores em várias aplicações, o que gera preocupações ambientais relacionadas ao uso de materiais não biodegradáveis e potencialmente tóxicos. Diante disso, a comunidade científica tem se dedicado ao desenvolvimento de dispositivos flexíveis e condutores, utilizando materiais de fontes renováveis. Neste cenário, os biopolímeros, especialmente a hemicelulose extraída de fibras vegetais, ganham destaque devido à sua abundância natural e renovável, boa estabilidade térmica, biodegradabilidade e biocompatibilidade. No entanto, como a hemicelulose não é um condutor natural, a adição de cargas condutoras torna-se essencial. Esta pesquisa foca no uso da hemicelulose como base para sensores flexíveis, visando desenvolver filmes condutores de hemicelulose com nanopartículas metálicas e substratos de hemicelulose pura com circuitos impressos, para avaliar sua eficácia como sensor. A hemicelulose foi extraída de fibras de juta usando KOH a 10% m/v, seguido pela produção de filmes poliméricos de hemicelulose pura e com nanopartículas de prata (AgNPs) em diferentes concentrações, empregando a técnica de moldagem por água. Os filmes foram analisados por Termogravimetria (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia nas regiões do Ultravioleta e Visível (UV-Vis), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Dinâmico Mecânica (DMA) e ensaios mecânicos de tração. A rugosidade foi avaliada por meio de microscopias óticas e o software Gwyddion 2.55, enquanto a tensão superficial foi determinada por medidas de ângulo de contato. As propriedades elétricas foram testadas com um multímetro de bancada, e ensaios de variação de pressão, temperatura e umidade foram conduzidos. Os resultados mostraram que os filmes de hemicelulose possuem boa estabilidade térmica, baixa porosidade, baixa rugosidade e propriedades hidrofílicas. A inclusão de nanopartículas de prata não apenas melhorou a condutividade elétrica, mas também a estabilidade térmica do material. A performance dos nanocompósitos como sensores de pressão, temperatura e umidade varia conforme a concentração de nanopartículas incorporadas. No caso do sensor de pressão, quando submetido a altas pressões, a amostra com 5% de nanopartículas de prata (AgNP) exibiu os melhores resultados, demonstrando também ser eficaz na detecção de temperatura. Em situações de pressões mais baixas, o nanocompósito com uma concentração de 0,50% de AgNP foi o que obteve a resposta mais satisfatória. Quanto à medição de umidade, os nanocompósitos com 1% e 5% de AgNP apresentaram desempenhos superiores em comparação aos outros nanocompósitos. Além disso, a hemicelulose provou ser um substrato eficaz para a impressão de tintas condutoras, especialmente para sensores de pressão e temperatura. Esses achados confirmam o potencial da hemicelulose como material promissor para o desenvolvimento de sensores flexíveis multifuncionais, contribuindo tanto para o avanço científico e tecnológico quanto para esforços globais em busca de soluções mais sustentáveis e ecológicas.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF).Technological advances have driven the need for sensors in various applications, which raises environmental concerns related to the use of nonbiodegradable and potentially toxic materials. Given this, the scientific community has dedicated itself to the development of flexible and conductive devices, using materials from renewable sources. In this scenario, biopolymers, especially hemicellulose extracted from vegetable fibers, gain prominence due to their natural and renewable abundance, good thermal stability, biodegradability and biocompatibility. However, as hemicellulose is not a natural conductor, the addition of conductive fillers becomes essential. This research focuses on the use of hemicellulose as a basis for flexible sensors, aiming to develop conductive hemicellulose films with metallic nanoparticles and pure hemicellulose substrates with printed circuits, to evaluate their effectiveness as a sensor. Hemicellulose was extracted from jute fibers using KOH at 10% w/v, followed by the production of polymeric films of pure hemicellulose and with silver nanoparticles (AgNPs) in different concentrations, using the water molding technique. The films were analyzed by Thermogravimetry (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Spectroscopy in the Infrared Region with Fourier Transform (FTIR), Spectroscopy in the Ultraviolet and Visible Regions (UV-Vis), Scanning Electron Microscopy (SEM) , Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and mechanical tensile tests. Roughness was evaluated using optical microscopy and the Gwyddion 2.55 software, while surface tension was determined by contact angle measurements. The electrical properties were tested with a bench multimeter, and pressure, temperature and humidity variation tests were conducted. The results showed that hemicellulose films have good thermal stability, low porosity, low roughness and hydrophilic properties. The inclusion of silver nanoparticles not only improved the electrical conductivity but also the thermal stability of the material. The performance of nanocomposites as pressure, temperature and humidity sensors varies depending on the concentration of nanoparticles incorporated. In the case of the pressure sensor, when subjected to high pressures, the sample with 5% silver nanoparticles (AgNP) exhibited the best results, also demonstrating to be effective in temperature detection. In situations of lower pressures, the nanocomposite with a concentration of 0.50% AgNP was the one that obtained the most satisfactory response. Regarding humidity measurement, the nanocomposites with 1% and 5% AgNP showed superior performances compared to the other nanocomposites. Furthermore, hemicellulose has proven to be an effective substrate for printing conductive inks, especially for pressure and temperature sensors. These findings confirm the potential of hemicellulose as a promising material for the development of multifunctional flexible sensors, contributing both to scientific and technological advancement and to global efforts in search of more sustainable and ecological solutions.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasLuz, Sandra Maria daSousa, Wladymyr Jefferson Bacalhau deDiniz, Layse Mendes2024-07-09T10:46:01Z2024-07-09T10:46:01Z2024-07-092024-03-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfDINIZ, Layse Mendes. Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade. 2024. 106 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48623porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T11:08:17Zoai:repositorio.unb.br:10482/48623Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T11:08:17Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
dc.title.none.fl_str_mv Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
title Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
spellingShingle Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
Diniz, Layse Mendes
Hemicelulose
Nanopartículas
Polímeros
title_short Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
title_full Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
title_fullStr Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
title_full_unstemmed Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
title_sort Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade
author Diniz, Layse Mendes
author_facet Diniz, Layse Mendes
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Luz, Sandra Maria da
Sousa, Wladymyr Jefferson Bacalhau de
dc.contributor.author.fl_str_mv Diniz, Layse Mendes
dc.subject.por.fl_str_mv Hemicelulose
Nanopartículas
Polímeros
topic Hemicelulose
Nanopartículas
Polímeros
description Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-07-09T10:46:01Z
2024-07-09T10:46:01Z
2024-07-09
2024-03-14
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv DINIZ, Layse Mendes. Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade. 2024. 106 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.
http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48623
identifier_str_mv DINIZ, Layse Mendes. Aplicação da hemicelulose como substrato flexível em sensores de pressão, temperatura e umidade. 2024. 106 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.
url http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48623
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UnB
instname:Universidade de Brasília (UnB)
instacron:UNB
instname_str Universidade de Brasília (UnB)
instacron_str UNB
institution UNB
reponame_str Repositório Institucional da UnB
collection Repositório Institucional da UnB
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@unb.br
_version_ 1810580840512487424

Registros relacionados