Silver nanowires network for paper-based heaters - Neves, Andreia Filipa Guerreiro (2022)
Nos dias de hoje existe a necessidade de utilizar materiais sustentáveis bem como o desenvolvimento de eletrónica transparente para uma gama abrangente de aplicações, nomeadamente dispositivos optoelectrónicos como elementos de aquecimento resistivo, células solares, ecrãs, etc. Nesta dissertação o foco foi criar um elemento de aquecimento resistivo recorrendo ao uso de nanofios de prata (AgNWs) e fibras de celulose de modo a ser aplicada uma tensão elétrica e assim obter uma resposta térmica, através do efeito de Joule. Os nanofios de prata foram escolhidos devido a requerem pouca quantidade de material e possuírem boas propriedade óticas e elétricas, bem como serem compatíveis com um substrato flexível. Para a construção do aquecedor foi usado um compósito feito de celulose microfibrilada e dois tipos de solução de AgNWs: um tipo produzido por CEA-LETI de Grenoble e outro foi produzido no CENIMAT/i3N. Este último foi sintetizado através do método polyol solvo termal, assistido por radiação de micro-ondas. Na primeira parte desta tese, os resultados elétricos e óticos teóricos foram previstos através de simulações em Python baseadas num código previamente desenvolvido. Este código permite variar os parâmetros intrínsecos dos nanofios e, deste modo, prever o seu comportamento elétrico e ótico, bem como comparar resultados. A segunda parte consistiu na síntese de AgNWs bem como na produção de um nanocompósito com a solução de AgNWs misturados com celulose microfibrilada, variando a densidade das redes de nanofios. Por último, foram determinadas as propriedades óticas, elétricas e térmicas usando equipamento qualificado do CENIMAT/i3N. Em termos de resultados, o melhor aquecedor obtido tem uma densidade mássica superficial de 350 mg/m2, com uma resistência de duas pontas de 46 Ω e um máximo de temperatura de 138 ºC para uma tensão de 9 V. Devido à densidade de AgNWs necessária para existir percolação na rede, a transmitância na zona visível da membrana ficou comprometida a 55 %. No geral, os objetivos foram cumpridos com a construção de um protótipo de um aquecedor, assim como a confirmação que as curvas experimentais de resistência apresentam a mesma tendência que os gráficos das simulações em Python previamente realizadas. Assim, este pequeno protótipo terá uma grande aplicabilidade futura nas áreas da eletrónica e biologia para cultura celular e dispositivos termocrómicos.