Estudo da mistura KDP/PEDOT:PSS para o desenvolvimento de Sensor de Pressão Flexível

Abstract

Cristais piezoelétricos são capazes de deslocar cargas quando submetidos a uma perturbação mecânica em sua estrutura. A quantidade de carga deslocada é proporcional à pressão aplicada. O Dihidrogenofosfato de Potássio (KDP), um sal solúvel em água, é um desses cristais. Ao KDP foi misturado o sistema polimérico poli(3,4-etilenodioxitiofeno): poli(estireno sulfonato) (PEDOT:PSS), um condutor polimérico extremamente eficiente, com o objetivo de obter uma mistura que pudesse ser utilizada na fabricação de sensores de pressão. Primeiramente foi feito um estudo computacional da mistura a fim de compreender a maneira como seus componentes interagem em meio aquoso. Os resultados demonstraram que seus componentes não sofrem reação química. Para a deposição da mistura, inicialmente de maneira manual e depois por meio de um spincoater, foi usado um substrato de poliéster. Após a deposição, foi realizada uma análise por difração de raios X das amostras contendo a mistura. Essa análise confirmou as suposições feitas pelas simulações computacionais, ou seja, não houve reação química entre o PEDOT:PSS e o KDP. As amostras depositadas manualmente foram submetidas a ensaios de reação a pressão distintos: o método indireto e direto. Já as amostras depositadas por meio do spincoater foram submetidas a um ensaio de reação à pressão impulsiva baseado no método direto. Algumas dessas amostras mostraram variação de suas propriedades elétricas com a pressão aplicada. As propriedades observadas por esses resultados levam a crer que a mistura tem boas chances de servir como base para sensores de pressão flexíveis feitos de materiais de baixo custo, acessíveis e simples de manusear. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Piezoelectric crystals are capable of dislocate charge once mechanical stress is applied to its structure. The amount of dislocated charge is proportional to the pressure applied. The Potassium Dihydrogenphosphate (KDP), a water-soluble salt, is one of them. A system poly (3, 4-etilenodioxitiofeno): poly (styrene sulfonate) (PEDOT:PSS), an extremely efficient polymer conductor, was mixed to the KDP in order to obtain a material that could be used to fabricate sensors of pressure. Firstly was made a computational study of the mixture in order to understand how its components interact in aqueous medium. Those results were showed that they do not go through chemical reaction. The mixture was deposited in the polyester substrate first in a manual way and then via spincoater. After the deposition, an X-ray diffraction analysis was made with the samples containing the mixture. This analysis confirmed that no chemical reaction occurred between the PEDOT:PSS and the KDP following the previous computer simulations. The samples manually deposited were tested on two distinct methods of reaction to pressure: indirect and direct. Furthermore, those deposited by the spincoater went through an impulsive pressure reaction based on the direct method. Some of these samples revealed variation in their electrical properties with the pressure applied. The properties examined in these results suggests that the mixture has good chances to be used as basis for flexible sensors of pressure made of cheap, accessible and simple to handle materials.