Impressão 3D e sua aplicação em polímeros condutores - Ciência e Engenharia de Materiais

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quinta-feira, 2 de julho de 2020

Impressão 3D e sua aplicação em polímeros condutores

Resumo: A impressão 3D vem sendo uma grande ajuda para a fabricação de materiais. Este estudo avaliará a impressão 3D de polímeros condutores, com base em poli (3,4-etilendioxitiofeno): sulfonato de poliestireno (PEDOT: PSS), suas propriedades antes e depois de ser impresso.


A fabricação de materiais a base de polímeros condutores tem muitas limitações, a impressão 3D pode ser a solução, porém somente utilizando estruturas simples. Se busca utilizar os polímeros condutores devido à combinação de propriedades de um polímero comum e a condutividade elétrica intrínseca que possuem.

Foi projetado uma tinta polimérica com propriedades reológicas favoráveis para a impressão 3D tendo alta resolução, alta relação de aspecto e fabricação altamente reproduzível de polímeros condutores. Geralmente estes tipos de polímeros são utilizados em forma de solução de polímero cuja baixa viscosidade impede seu uso direto para a impressão 3D.

Neste estudo os cientistas usaram uma tinta de polímero condutor imprimível em 3D de alto rendimento baseada em PEDOT: PSS. Com a viscosidade do polímero se observou que dependia diretamente da concentração das nanofibras de PEDOT:PSS, uma baixa viscosidade provoca a dispersão lateral das tintas impressas em 3D sobre o substrato e uma alta viscosidade obstrui os bicos de impressão. Portanto, buscou-se uma concentração intermediária de nanofibras para que seja capaz de ser imprimível com propriedades reológicas ótimas.

Esta tinta pode ser armazenada durante um mês em condições ambientais sem alguma variação da sua capacidade de impressão. Depois da impressão 3D, se secam e é recozido os polímeros condutores para eliminar algum solvente residual e assim facilitar a formação de domínios cristalinos ricos em PEDOT, e a posterior filtração entre as nanofibras de PEDOT:PSS. As estruturas de PEDOT:PSS puro e seco podem ser convertidas facilmente em hidrogéis estáveis mediante uma inchaço em um ambiente úmido.

A condutividade em estado seco é cinco vezes maior que em seu estado hidrogel. A flexibilidade deste polímero condutor impresso em 3D é um pouco maior em seu estado hidrogel que em seu estado seco, ao ser flexionados por tração e compressão mostra uma pequena variação da condutividade em ambos estados. Os polímeros impressos em 3D mostram uma alta capacidade de armazenamento de carga. Os cientistas realizaram experimentos com uma sonda neural de sinais bioeletrônicos in vivo de fácil fabricação, mostrando bons resultados.

Para a caracterização se realizaram várias técnicas e instrumentos, como a microscopia eletrônica de varredura, dispersão de raios X de ângulo pequeno, reometria giratória, nanoindentação, prova estándar de quatro pontos, voltímetro cíclico e espectroscopia de impedância eletroquímica.

Referência:
Hyunwoo YukBaoyang LuShen LinKai QuJingkun XuJianhong Luo & Xuanhe Zhao. 3D printing of conducting polymers. Nature Communications. March 30, 2020

Redação: Dennis Gonzales