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

Abstract

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.