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Sensores piezoresistivos baseados em filmes condutores à base de micro grafite

Processo: 20/09502-2
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
Vigência: 01 de abril de 2021 - 31 de dezembro de 2021
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Osvaldo Correa
Beneficiário:Osvaldo Correa
Empresa:Flex IC Indústria Microeletrônica Ltda
CNAE: Fabricação de equipamentos e aparelhos elétricos não especificados anteriormente
Município: Sorocaba
Pesquisadores principais:
Pompeu Pereira de Abreu Filho
Bolsa(s) vinculada(s):21/06717-0 - Sensores piezoresistivos baseados em filmes condutores a base de micro grafite, BP.PIPE
Assunto(s):Polímeros condutores  Carboximetilcelulose sódica  Grafite  Rutênio 

Resumo

As tecnologias envolvendo pastas e filmes condutores têm aplicações em sensores piezoresistivos, dispositivos elétricos, filmes condutores flexíveis ou rígidos formados sobre diferentes substratos (papel, cerâmicas, plásticos, vidros, couros etc.) e filmes termoelétricos aplicados em calçados, vestuários e bancos aquecidos para veículos. As aplicações mais importantes estão nos setores automobilístico e aeronáutico onde os filmes condutores piezoresistivos são usados em particular nos sensores de pressão. Tais filmes são constituídos por uma fase condutora baseada em óxidos de rutênio. Estes óxidos são derivados do rutênio metálico (Ru0) que é um metal pouco abundante na crosta terrestre e com uma porcentagem de extração baixa. Tais situações de escassez e de preços elevados vêm desencorajando os investimentos em P&D industrial na busca de novas tecnologias dependentes do Ru0. Diante deste cenário, esse projeto está baseado na substituição da fase condutora em sistemas piezoresistivos pelo grafite micro estruturado. O uso do grafite se justifica pelo seu preço altamente competitivo em relação aos metais, por ser o Brasil o primeiro colocado em reservas lavráveis de grafite e a necessidade urgente de agregar valor aos seus derivados. Além do preço e abundância o grafite apresenta outras vantagens, tais como: resistência térmica, alta condutividade, inerte (não oxida até 6000C) e ausência de eletro migração mesmo em temperaturas elevadas. A metodologia a ser usada está baseada num novo uso da carboximetilcelulose (CMC) resultante das suas interações com as partículas de grafite, alterando suas características físico-químicas. Tais interações resultam em partículas hidrofílicas compósitas de micro cristais grafite e CMC que podem ser dispersas em meio aquoso e usadas numa produção inovadora de pastas e filmes condutores. Tais partículas, resultantes desse novo uso da CMC, já possibilitaram a produção de dispersões de micro grafite (tintas) e pastas condutoras estáveis em meio aquoso e na ausência de solventes tóxicos. Os resultados já mostraram que a CMC tem um papel decisivo na formação das micropartículas hidrofílicas compósitas de grafite e CMC. Tais partículas são responsáveis pela molhabilidade das partículas da matriz vítrea, a homogeneidade e o controle da condutividade elétrica. As caracterizações físico-químicas dos filmes condutores e sensores piezoresistivos serão feitas usando-se algumas técnicas instrumentais, tais como: espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura, micro tomografia computadorizada de raios X 3D, espectrometria de energia dispersiva de raios X (EDS) para aquisição de mapas elementares, reometria para estudar a reologia das pastas, métodos de quatro e duas pontas para as determinações das resistências elétricas, e espalhamento de laser para determinações das distribuições dos tamanhos das partículas. Os resultados esperados são: i) uma produção industrial e de serviços sustentável e lucrativa; ii) substituição do RuO2 nos filmes condutores pelo grafite natural e iii) processos industriais ecologicamente amigáveis. Os impactos esperados são inovações nos processos industriais de produção de pastas condutoras, novas oportunidades de mercado para os dispositivos construídos e a redução dos custos com a substituição do RuO2 pelo grafite natural. (AU)

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