Nanomateriais poliméricos podem detectar substâncias nocivas em ambientes extremos

Os polímeros ganharam destaque em aplicações como eletrônicos vestíveis devido à sua flexibilidade e leveza, mas sua baixa condutividade elétrica tem sido uma grande desvantagem.

Embora tenham sido feitos vários esforços de investigação para melhorar a condutividade, ainda existem limitações técnicas, tais como a necessidade de utilizar solventes nocivos e a degradação do desempenho em ambientes extremos.

O Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) desenvolveu um método para sintetizar polímeros baseados em condutores mistos íon-elétron através de pesquisa colaborativa com o Dr. Jang Ji-soo do Centro de Pesquisa de Materiais Eletrônicos do KIST e o professor Mingjiang Zhong da Universidade de Yale, nos Estados Unidos.

O estudo é publicado no diário Materiais Funcionais Avançados.

A pesquisa supera as limitações dos condutores poliméricos existentes e está atraindo a atenção como uma tecnologia inovadora que pode contribuir para o desenvolvimento de sensores químicos de alto desempenho de próxima geração.

Os pesquisadores introduziram grupos pendentes iônicos no estrutura polimérica para sintetizar polímeros conjugados que podem se dissolver facilmente em solventes ecológicos, em vez de solventes tóxicos. Em specific, os polímeros apresentam alto desempenho de detecção de gases em processos ecológicos e podem manter um desempenho estável em ambientes de alta temperatura e umidade.

Este avanço tecnológico abre a possibilidade de aplicações em dispositivos vestíveis, eletrônicos portáteis e outros dispositivos eletrônicos que podem operar de forma confiável em ambientes extremos.

No centro desta pesquisa está o desenvolvimento de um polímero conjugado baseado em ionização que seja solúvel em um solvente ecologicamente correto (2-metilanisol). Embora os polímeros condutores convencionais normalmente exijam solventes tóxicos para se dissolverem, o novo polímero melhora significativamente a condutividade elétrica através da ligação de espécies iônicas e portadores de carga eletrônica.

Ao introduzir ânions (TFSI^–) e cátions (como primário⁺) no polímero para aumentar a densidade e a mobilidade dos portadores de carga, a equipe maximizou a condutividade e a estabilidade.

O tipo n polímero condutor baseado em polímero desenvolvido pelos pesquisadores, N-PBTBDTT, mostrou uma sensibilidade muito alta na detecção de gases nocivos, como dióxido de nitrogênio (NO₂). A sensibilidade para NO₂ a detecção chegou a 189% e mostrou alta capacidade de detecção mesmo em uma concentração muito baixa de 2 ppb.

Esse desempenho excede o das tecnologias de sensores convencionais, e o polímero também foi altamente durável em ambientes com alta umidade de 80% e altas temperaturas de até 200°C. Isso permite a detecção estável de gases em uma variedade de ambientes extremos e espera-se que seja amplamente aplicado a dispositivos vestíveis e sensores industriais.

“Os sensores desenvolvidos nesta pesquisa vão além da simples sensores químicos e pode trazer mudanças revolucionárias em diversas aplicações”, disse o Dr. Jang Ji-soo do KIST.

“Em specific, pode ser usado como materials salva-vidas para aqueles que trabalham em ambientes extremos, como bombeiros que precisam detectar gases nocivos em locais de incêndio e soldados que estão expostos a armas químicas em tempos de guerra”, disseram o Prof. Junwoo Lee e o Dr. Juncheol Shin, ambos primeiros autores do estudo.