Espectroscopia de condução elétrica e ruído de sódio

Aug 01, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9861 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A eletrônica verde é um tema emergente que requer a exploração de novas metodologias para a integração de componentes verdes em dispositivos eletrônicos. Portanto, o desenvolvimento de matérias-primas alternativas e ecologicamente corretas, biocompatíveis e biodegradáveis, é de grande importância. Dentre estes, o alginato de sódio é um biopolímero natural extraído de algas marinhas com grande potencial em termos de transparência, flexibilidade e condutividade, quando funcionalizado com uma fina camada de ouro (Au). O transporte elétrico desses substratos flexíveis e condutores foi estudado, por medições DC, de 300 a 10 K, para entender a interação entre o substrato orgânico e a camada metálica. Os resultados foram comparados com bicamadas de referência à base de polimetilmetacrilato, um conhecido polímero usado em eletrônica. Além disso, uma investigação detalhada das propriedades do ruído elétrico também foi realizada. Esta análise permite estudar o efeito das flutuações dos portadores de carga, fornecendo informações importantes para quantificar a espessura metálica mínima necessária para aplicações eletrônicas. Em particular, o comportamento de ruído típico de compostos metálicos foi observado em amostras cobertas com 5 nm de Au, enquanto níveis de ruído relacionados a uma condução não metálica foram encontrados para uma espessura de 4,5 nm, apesar da relativamente boa condutância DC da bicamada .

O desenvolvimento de dispositivos eletrônicos flexíveis tem recebido muita atenção na última década, pois espera-se que eles tenham um grande impacto em equipamentos elétricos e eletrônicos (EEE), que se tornaram parte essencial de nossa vida cotidiana. Após seu uso, o EEE é descartado, gerando grande lixo eletrônico de materiais perigosos, mas valiosos. Em 2019, o mundo gerou 53,6 milhões de toneladas métricas (Mt) de lixo eletrônico, e apenas 17,4% desse lixo eletrônico foi coletado e reciclado1. As atuais tecnologias de reciclagem são baseadas principalmente em tecnologias químicas e de fundição. A operação de uma fundição é altamente intensiva em energia, enquanto os ácidos minerais comumente usados ​​em técnicas de reciclagem química representam sérios riscos ambientais para os trabalhadores, bem como para a qualidade do ar e dos fluxos de água2,3.

O uso de materiais biodegradáveis ​​e facilmente recicláveis ​​na estrutura da eletrônica verde pode reduzir bastante o impacto ambiental do lixo eletrônico. Na verdade, esses materiais oferecem a oportunidade de uma rota de reciclagem mais ambientalmente sustentável2,4, bem como uma gestão segura de dispositivos descartáveis ​​descartáveis, como sensores. De acordo com a Norma Europeia EN13432, um material biodegradável é aquele que pode ser convertido em pelo menos 90% em componentes inofensivos, como água, dióxido de carbono e biomassa, por ação de fungos ou microorganismos em 6 meses. Atualmente, a utilização de materiais biodegradáveis ​​representa uma oportunidade em diversos campos, onde podem ser utilizados como substratos, intercamadas ou camadas ativas e eletrodos. Até o momento, os materiais biodegradáveis ​​mais estudados e promissores são derivados de celulose5,6, quitina/quitosana7,8,9 e fibroína de seda10,11,12.

Recentemente, começamos a empregar o alginato de sódio (SA), um polímero biodegradável natural derivado de algas marrons13. O SA é solúvel em água e fácil de manipular, de modo que lâminas planas e transparentes podem ser facilmente fabricadas com um processo ecológico14. Com o objetivo de usar SA para a fabricação de substratos inovadores para produzir dispositivos verdes para luz e energia (ou seja, fotodiodos orgânicos (OPD), diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), células solares de polímero (PSCs), etc.), depositamos uma fina camada de Au sobre um filme de SA obtendo uma bicamada condutiva, cujas propriedades elétricas precisam ser estudadas para adequar os substratos à aplicação final. Esta plataforma foi integrada com sucesso em OLEDs4 funcionais, demonstrando que pode substituir a convencional feita de vidro/ITO bicamadas. No entanto, camadas metálicas muito finas são obrigatórias para preservar a transparência do substrato em aplicações optoeletrônicas. Portanto, na fabricação de um EEE descartável, a quantidade de parte metálica na bicamada deve ser mínima, mantendo um transporte de corrente adequado com alta condutância elétrica. O Au representa uma boa escolha por suas boas propriedades de crescimento e conectividade, mas também por sua resistência à degradação química, proporcionando uma boa condutância mesmo em espessuras muito baixas.