Dispositivos Elétricos de Derivados de Grafeno: Funcionalização e Controle de Interfaces

• Processo: 25/06428-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2027
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Rafael Furlan de Oliveira
• Beneficiário: Matheus da Silva Corsino
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/06238-5 - Materiais 2D funcionalizados processados em solução: desenvolvimento de sensores e biossensores elétricos prototipáveis, AP.JP
• Assunto(s): Eletroquímica Interface Materiais bidimensionais Medidas elétricas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Eletroquímica | Interfaces | materiais 2D | Medidas Elétricas | Materiais 2D

Resumo

Materiais bidimensionais lamelares (2DMs) são atualmente um dos grandes focos em pesquisa no mundo, seja para estudos fundamentais de suas propriedades ou até o desenvolvimento de novas aplicações tecnológicas para os mesmos. Dentre os diversos 2DMs existentes, o óxido de grafeno (GO) é um dos materiais mais atrativos, pois sua produção - a partir da oxidação do grafite - é simples, de alto rendimento e compatível com solventes não tóxicos. O GO consiste em uma folha de átomos de carbono em arranjo hexagonal com uma abundância de grupos oxigenados localizados no seu plano basal, fazendo com que o mesmo possua baixa deslocalização eletrônica e portanto apresente um comportamento isolante ( Rs > 1012 ¿/square), devido a isso sua aplicabilidade em dispositivos eletrônicos é baixa todavia, a condutividade do mesmo pode ser melhorada por meio da sua redução por métodos químicos, térmico, eletroquímicos, entre outros, produzindo o óxido de grafeno reduzido (rGO). O rGO se torna um 2DM mais versátil pois combina as algumas características do seu precursor, como baixo custo e processabilidade em água, com uma elevada ( e ajustável) condutividade elétrica ( Rs < 103 ¿/square), além de ainda manter a presença de grupos oxigenados que não podem ser completamente eliminados durante o processo de redução. Estes grupos se tornam um importante aliado para o processo de funcionalização destes materiais com moléculas ou polímeros, conferindo portanto novas propriedades ao 2DM, permitindo o desenvolvimento de novas aplicações. Este processo de funcionalização pode impactar significativamente as características elétricas dos mais variados tipos de dispositivos influenciando por exemplo, a injeção de portadores de carga ou a densidade de armadilhas na superfície de dielétricos, além de que a funcionalização de GO e rGO é um tópico bastante consolidado na literatura, possuindo diversas estratégias, e se utilizam das mais variadas moléculas e polímeros visando diferentes aplicações, e no caso mais específico de aplicação em dispositivos as aplicações se concentram principalmente em sensores e biossensores, onde a funcionalização assume o papel de conferir seletividade para com uma dada espécie analítica. Frequentemente essa funcionalização do GO e do rGO se dá por meio da ancoragem de receptores ou biomoléculas sobre sua superfície mantendo os mesmos acessíveis para interagirem com o analito-alvo, no entanto muitas vezes nos deparamos com falta de informações sobre como a interface dos dispositivos é afetada (ou governa) pela funcionalização, ou ainda como o desempenho destes dispositivos pode ser ajustado para se alcançar melhores desempenhos. É neste contexto que este projeto visa estudar como as características elétricas de dispositivos baseados em GO e rGO podem ser ajustadas por meio da funcionalização destes materiais e de suas interfaces com polímeros e moléculas contendo grupos doadores e aceitadores de elétrons, caracterizando sua propriedades elétricas por meio de caracterização DC e AC. Especificamente se visa estudar dispositivos de campo como transistores de filmes finos e varactors para que a partir do entendimento das interfaces possa-se demonstrar como os mesmos podem ser aplicados como sensores químicos e biossensores para a detecção de espécies em solução.