RESUMO
Nanocellulose is a promising material for fabricating green, biocompatible, flexible, and foldable devices. One of the main issues of using nanocellulose as a fundamental component for wearable electronics is the influence of environmental conditions on it. The water adsorption promotes the swelling of nanopaper substrates, which directly affects the devices' electrical properties prepared on/with it. Here, plant-based nanocellulose substrates, and ink composites deposited on them, are chemically modified using hexamethyldisilazane to enhance the system's hydrophobicity. After the treatment, the electrical properties of the devices exhibit stable operation under humidity levels around 95%. Such stability demonstrates that the hexamethyldisilazane modification substantially suppresses the water adsorption on fundamental device structures, namely, substrate plus conducting ink. These results attest to the robustness necessary to use nanocellulose as a key material in wearable devices such as electronic skins and tattoos and contribute to the worldwide efforts to create biodegradable devices engineered in a more deterministic fashion.
Assuntos
Dispositivos Eletrônicos Vestíveis , Eletrônica , Interações Hidrofóbicas e Hidrofílicas , ÁguaRESUMO
O desenvolvimento de novos materiais a partir de elementos biodegradáveis com durabilidade considerável, versatilidade apreciável e baixo custo tem grande interesse na aplicação da bio-eletrônica. O presente trabalho objetiva a caracterização das propriedades físicas e químicas das membranas de quitosana obtidas a partir da neutralização da solução policatiônica de quitosana. O trabalho foi dividido em duas etapas: solubilização e neutralização. Na primeira etapa a quitosana foi solubilizada em três concentrações diferentes de ácido acético (1%, 0.8% e 0.5%) para avaliar se a concentração de ácido exerce diferença significativa nas propriedades físico-químicas das membranas de quitosana. Na segunda etapa o policátion de quitosana foi neutralizado com duas bases fortes (NaOH e KOH) em três concentrações molares diferentes (0.5, 1 e 5 molar) pelo método de gotejamento lento da base até atingir o pH de 6.0 no policátion e obter membranas com pH perto da neutralidade. A caracterização das membranas obtidas a partir do policátion de quitosana neutralizado mostrou que as concentrações de ácido acético não mudam de forma significativa as propriedades físico-químicas das membranas. Em contraste, o processo de neutralização afetou as propriedades físico-químicas das membranas, e em particular, diferentes comportamentos foram observados dependendo da base utilizada. Membranas mais dúcteis foram obtidas após neutralização com KOH, exibindo capacidade plastificante pela base usada, enquanto que as membranas neutralizadas com NaOH apresentam um comportamento frágil. Além disso, as membranas neutralizadas com KOH exibem uma maior condução iônica em relação às propriedades elétricas das membranas, o qual pode ser interessante no desenvolvimento de biossensores ou célula combustível.
The development of new materials from biodegradable elements with considerable durability, versatility and low cost is of great interest for applications in bioelectronics. The present work aims the characterization of the chemical and physical properties of chitosan membranes after neutralization of the polycation solution of chitosan. This work was divided into two steps: solubilization and neutralization. In the first step, the chitosan was solubilized with three different concentrations of acetic acid (1%, 0.8% and 0.5%) in order to evaluate whether the acid affects the physical-chemical properties of the chitosan films. In the second step, the polycation of chitosan was neutralized with two different strong bases (NaOH and KOH) using three different molar concentrations (0.5, 1 and 5), by the slow drip method of base until reaching a pH of 6.0 for the polycation and obtaining films with pH close to neutrality. The characterization of the membranes obtained from neutralized chitosan showed that the different concentrations of acetic acid did not affect the physical-chemical properties of the films significantly. In contrast, the neutralization process did affect the physical-chemical properties, and particularly, different behaviors were observed depending on the type of base used for neutralization. More ductile films were obtained after neutralization with KOH, exhibiting plastificant capacity by the used base, whereas the films neutralized with NaOH exhibited a more fragile behavior. Beyond this, regarding the electrical properties, the films with KOH presented a higher ionic conductivity, which could be interesting for developing biosensors or fuel cells.