Desenvolvimento de tinta condutora contendo grafeno e caraterização da mesma como sensor de proximidade/toque

Abstract

A descoberta do grafeno e das suas propriedades, em 2004, vieram abrir um novo mundo de oportunidades a nível tecnológico e industrial. Sendo considerado um dos melhores condutores térmicos e eléctricos, aliado à sua escala nanométrica, está a chamar a atenção dos mais variados tipos de indústria. Uma delas é a indústria das tintas e revestimentos, que está a aplicar o grafeno em revestimentos térmicos, contra a corrosão e para proteção de descargas eletrostáticas (ESD). Neste sentido, o objectivo desta dissertação foi o desenvolvimento de uma tinta acrílica condutora, baseada em grafeno para potencial aplicação como interruptor em habitações. O método de funcionamento destes interruptores é semelhante ao dos telemóveis/ecrãs táteis, ou seja, recorre ao uso da capacitância do corpo humano. Formularam-se três tintas condutoras com diferentes conteúdos de grafeno: uma com 3 % (m/m) e que apresenta uma resistividade superficial (Rs) de 9,2 kΩ; outra com 5 % (m/m) e Rs de 810 Ω e por último, uma com 10 % (m/m) e Rs de 91 Ω. A compatibilidade do grafeno com os restantes componentes da tinta foi avaliada por microscopia electrónica de varrimento (SEM) tendo-se observado uma distribuição homogénea dos diversos componentes na superfície da tinta aplicada, sinal de que indica uma boa dispersão do grafeno na matriz. De forma a registar a capacitância da tinta condutora depois de aplicada (traços condutores), utilizou-se um Arduino Uno e uma rotina que tem por base a biblioteca CapacitiveSense. Realizaram-se também ensaios para estudar a dependência da resistência face às variações de largura e espessura dos traços condutores (segunda a lei de Ohm). Por fim, realizaram-se vários esquemas de pintura para avaliar como esta deverá ser aplicada.

The discovery of graphene and its properties, in 2004, opened up a new world of technological and industrial opportunities. Being one of the best thermal and electrical conductors and given its nanometric scale, it is calling the attention of all types of industries. One of them is the paint and coating industries, which are applying graphene in thermal, corrosion resistant and electrical static discharge resistant (ESD) coatings. In this way, the main objective of this thesis was the development of an acrylic conductive paint, based on graphene, with the main intention to be used as an electrical switch in households. It works similarly to tactile phones/screens, which means, it uses human body capacitance. We developed 3 conductive paints with different fractions of graphene: one with 3 % (w/w) with a sheet resistance Rs = 9,2 kΩ, other with 5 % (w/w) and sheet resistance Rs = 810 Ω, and another one with 10 % (w/w) and sheet resistance Rs = 91 Ω. Graphene compatibility with the others paint components was evaluated using scanning electronic microscopy (SEM), that showed a homogeneous dispersion of all components over the surface, which is a sign of good graphene dispersion in the matrix. To record the capacitance of the applied conductive paint (conductive traces), we used an Arduino Uno and a script based on the CapacitiveSense library. A few tests were made to verify the resistance dependence to variations in length and thickness in the conductive traces (Ohm second law). In the end, a few painting systems were made to understand how it has to be applied.