Electrochemical devices based on nanomembranes

Autor(es)

Letícia Mariê Minatogau Ferro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química
• Data de defesa: 2022-03-11

Membros da banca

Carlos César Bof Bufon; William Reis de Araujo; Ivo Milton Raimundo Júnior; Neri Alves; Cecília de Carvalho Castro e Silva

• Orientador: Carlos César Bof Bufon

Resumo

Estruturas ocas têm atraído a atenção da comunidade científica devido a suas propriedades únicas. Características como baixa densidade, grande razão superfície-volume e facilidade para o transporte de carga/massa tornaram as estruturas ocas excelentes candidatas para várias aplicações. Uma maneira controlável de se obter tais estruturas é a partir da tecnologia de autoenrolamento de nanomembranas (NMs). Nessa técnica, a NM é composta por filmes nanométricos que são depositados de forma a possuírem um gradiente de tensão entre suas superfícies. Essa deposição é realizada em uma camada de sacrifício (SL) que é posterior e seletivamente removida em solução. Com a remoção da SL, a NM é liberada do substrato e a tensão de seus filmes começa a relaxar, fazendo com que a NM se enrole até formar um microtubo. Na eletroquímica, a estrutura oca dos microtubos confina o eletrólito e possibilita análises em seu interior. Assim, neste projeto, propôs-se o desenvolvimento de dispositivos eletroquímicos miniaturizados baseados em NMs enroladas, dentre eles: células eletroquímicas (ECs) e transistores orgânicos eletroquímicos (OECTs). Os dispositivos foram miniaturizados por processos de microfabricação e então caracterizados. Basicamente, os dispositivos propostos continham três eletrodos: de trabalho, referência e contraeletrodo, quando configurados como ECs, ou dreno, fonte e gate, quando caracterizados como OECTs. Para os OECTs, um filme fino de semicondutor orgânico conectou dois dos eletrodos. Além disso, duas arquiteturas diferentes foram padronizadas para cada dispositivo (EC ou OECT) e seus desempenhos foram comparados. A primeira arquitetura continha os eletrodos planares e, na segunda, os eletrodos foram integrados na parede interna da NM enrolada. Assim, a principal diferença entre as arquiteturas foi o confinamento da região ativa das ECs ou OECTs nas NMs tubulares, enquanto os dispositivos planares puderam ser considerados sistemas abertos. A morfologia de ECs e OECTs e a topografia de seus componentes foram analisadas por microscopias óptica, confocal a laser, eletrônica de varredura e de força atômica. Apesar dos dispositivos tubulares apresentarem dimensões menores, eles exibiram respostas elétricas e eletroquímicas melhores do que os planares. O ambiente confinado permitiu análises com volumes de picolitros, intensificou o campo elétrico dos sistemas, os processos de difusão de íons para as ECs e o ganho intrínseco para os OECTs. Por fim, devido a tais melhorias, os dispositivos tubulares foram aplicados para monitorar a concentração das biomoléculas nicotinamida adenina dinucleotídeo e dopamina em solução, que são biomarcadores relacionados a doenças neurodegenerativas humanas (AU)

• Processo FAPESP: 17/21117-4 - Desenvolvimento e caracterização de células eletroquímicas baseadas em nanomembranas para aplicações em biossensoriamento
• Beneficiário: Letícia Mariê Minatogau Ferro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado