ULUSLARARASI REKABET GÜCÜ
1.6. Kaliteye dayalı uluslararası rekabet gücü
1.6.1. Ürün kalitesi ile maliyet / fiyat ilişkisi
Neste capítulo foram apresentados os principais resultados da caracterização elétrica dos filmes de PAni aplicados em dispositivos, que contribuíram para elucidar a resposta desse sistema de impressão via SiEO na fabricação de dispositivos eletrônicos orgânicos. As curvas de resistência elétrica e condutividade dc, a partir das curvas I vs V, em função do aumento da
139 pressão, e em função da injeção de volume de gás amônia no ambiente preparado, elucidaram sobre os efeitos elétricos da PAni para essas aplicações.
Pôde-se conhecer o comportamento elétrico dos sistemas apresentados, à medida que aumenta a espessura do filme, a partir das curvas de impedância e de condutividade em função da frequência.
Ademais, observou-se que o comportamento de Zdc e Ro vs “d” (pressão aplicada ao
sistema) corrobora a resposta do sistema em relação à espessura desse filme. Assim, a partir das curvas de IvsV foi possível notar que o contato elétrico entre metal/filme é ôhmico. Por fim, as análises elétricas em função da pressão aplicada mostraram que todos os filmes seguem um comportamento semelhante a partir do qual a condutividade diminui em função da variação dessa pressão, caracterizando que o sistema se torna cada vez mais condutivo com o aumento da quantidade de PAni condutiva, ou menos resistivo.
Este comportamento foi observado para a condutividade dc obtida a partir de Ro
(Figura 8.13) como também para amostras de sensores (Figura 8.18), obtidas a partir das curvas Z’(f), nas medidas ac, sendo todas em função da injeção de amônia no sistema. Todas estas curvas refletiram o mesmo comportamento, que pode ser explicado baseado na proporcionalidade da espessura de filme vs a condutividade do dispositivo fabricado.
140
CAPÍTULO 9
CONCLUSÕES
Neste trabalho foram impressos filmes finos orgânicos a partir do desenvolvimento de uma máquina para deposição de polímeros condutores com o objetivo de fabricar dispositivos eletrônicos com características aplicáveis à eletrônica atual. Sensores de gás amônia e resistores tiveram a PAni como elemento ativo. Foram utilizados dielétricos Ecoflex® e poliestireno na fabricação dos capacitores e indutores através da técnica de impressão SiEO. Esta técnica, baseada em plataforma de sistemas de injeção eletrônica automotiva, foi desenvolvida para permitir selecionar a região de deposição dos polímeros semicondutivos no substrato, característica fundamental para a construção desses dispositivos orgânicos, podendo-se evitar desperdício de material e com baixo custo de fabricação. Neste contexto tornou-se necessário identificar os mecanismos de funcionamento das válvulas de injeção eletrônica, peça fundamental para a escolha da tecnologia utilizada no SiEO. Esse sistema, semelhante ao tipo gota sob demanda, apresenta a vantagem de não afetar as propriedades estruturais, elétricas e ópticas do polímero.
Para cumprir com os objetivos propostos partiu-se, primeiramente, do estudo das características das soluções de tintas comerciais utilizadas por impressoras à jato de tinta. Além de investigar a resposta destas tintas à determinados substratos, foi essencial obter as condições necessárias para a sua fluidez, ou seja, sua viscosidade e tensão superficial. O passo inicial após essas fases, foi escolher um polímero que pudesse ser utilizado em dispositivos eletrônicos orgânicos. Assim, a escolha recaiu sobre a PAni, também conhecida como metal sintético, por apresentar comportamento elétrico, óptico e magnético semelhante aos metais e semicondutores inorgânicos.
O mapeamento realizado com a “solução” de corante e a PAni em diferentes condições propiciaram um criterioso e metódico padrão de impressão. Esse padrão foi essencial para determinar como os filmes foram confeccionados, em que condições físicas, químicas e em quais ajustes de parâmetros a máquina impressora fora submetida para cada resultado obtido. Esses resultados caracterizaram tanto o material (solução/suspensão) de ejeção quanto a impressora SiEO em termos de aplicabilidade, mostrando-se fundamental nesse trabalho.
Para criar a metodologia de impressão, através do mapeamento, foram preparadas “soluções” de PAni com concentrações de 1, 5, 10 e 20 mg/mL. Os valores de viscosidade e
141 tensão superficial para estas concentrações situaram-se bem próximos dos valores encontrados para a solução de corante comercial, ou seja, em torno de 3 mPa.s e de 40 mN/m, respectivamente. No mapeamento foram utilizados substratos de vidro e PS, com e sem tratamento de superfície, e papel. Os resultados obtidos dos ângulos de contato mostraram que a superfície do substrato é extremamente importante para a definição das geometrias finais depositadas. Assim, uma das condições essenciais para permitir o emprego da técnica de forma adequada compreendeu o conhecimento de um processo que possibilitou determinar como o polímero interagiu com a superfície do substrato. Estudos sobre a molhabilidade das soluções auxiliaram no alcance de uma deposição mais conforme. Baixos valores de ângulo de contato podem indicar um bom espalhamento do material, mas uma indefinição dos limiares da estrutura. Um valor elevado, por outro lado, pode significar a baixa interação da solução com o substrato.
Os filmes e dispositivos foram caracterizados morfológica, estrutural, química e eletricamente. Os resultados apresentados demonstram que:
• A caracterização elétrica obtida de um filme de PAni dopada, aplicado em eletrodos de prata para utilização como sensor orgânico, comprovou a funcionalidade desse filme como camada ativa do dispositivo impresso através do SiEO, comprovando assim a eficácia dessa máquina de impressão de material orgânico para possíveis aplicações industriais.
• De acordo com os resultados das curvas IvsV, os contatos elétricos metal (prata)/polímero, comportam-se como neutro (ôhmicos) em todas as faixas de tensão aplicadas. Observou-se que a resistência obtida a partir da Lei de Ohm, através das curvas IvsV, diminuiu à medida que se aumentou a pressão no sistema de impressão. A variação da condutividade dc com a pressão aplicada ao sistema mostrou um comportamento de proporcionalidade com a condutividade que diminuiu à medida que se diminuiu a espessura da amostra, refletindo o caráter condutivo que os filmes de PAni adquirem à medida que se aumenta a área de condução. Por fim, as curvas de impedância apresentam um patamar em baixas frequências (regime dc) dentro do esperado corroborando os resultados de caracterização morfológicas e estruturais dos dispositivos impressos.
• Foi observado em todas as amostras de sensores que, quanto maior a espessura do filme (dentro da faixa trabalhada), maior a condutividade, e menor o valor de impedância, logo, maior a sensibilidade do dispositivo fabricado. Ainda para o caso do sensor, esse aumento de gás amônia em contato com o dispositivo de PAni mostrou-se diretamente proporcional ao aumento da impedância no sistema, confirmando assim, a desdopagem do material orgânico no meio analisado. O volume de gás dentro do sistema variou de 0 a 30 ppm.
142 • Os resistores, indutores e capacitores apresentaram respostas quanto à ordem de grandeza dentro dos valores comerciais encontrados na área da eletrônica convencional disponibilizados atualmente. Porém, os valores baixíssimos encontrados de capacitância e indutância (pF e µH) atestam para a necessidade de ajuste de pressão, parâmetro de controle essencial para a formação resultante dos filmes impressos bem como um aprimoramento do processo de produção dos dispositivos para obtenção de filmes mais uniformes e estruturas menos irregulares.
• Os resultados alcançados certificam a utilização do equipamento de impressão como ferramenta para fabricação desses dispositivos. Os protótipos da impressora também contribuíram de forma decisiva para os resultados alcançados. O protótipo II, automatizado, apresentou-se como uma ferramenta eficaz de impressão de filmes poliméricos na qual foram observadas homogeneidade e reprodutibilidade dos filmes como também rapidez e padronização justificando assim sua implementação.
• O sistema de impressão desenvolvido permite uso de dielétricos orgânicos e fabricação tanto sobre substratos rígidos quanto flexíveis. Os resultados obtidos ao longo do desenvolvimento desse trabalho mostram pela primeira vez a viabilidade técnica de se produzir filmes orgânicos (polianilina por exemplo) a partir de uma máquina de impressão cuja tecnologia é baseada em sistemas de injeção eletrônica automotiva usados, por exemplo, em eletrônica orgânica. Devido ao custo elevado para impressão de filmes poliméricos via máquinas comercias, pode-se afirmar que este equipamento se mostrou eficiente quanto às resistências química de impressão e quanto ao seu custo final.
A proposta de uso do SiEO é inédita e surge nesse trabalho como uma alternativa de processo de fabricação de filmes poliméricos a baixo custo, alta resistência química e fácil manufatura como também boa reprodutibilidade. Características como uniformidade dos filmes impressos, baixo desperdício de material, rapidez e flexibilidade, podendo ser adaptada para as mais diversas formas de substratos e geometrias de impressão foram observadas. Outro fator importante é a grande quantidade de dispositivos por tempo de produção e uma interface de comunicação bastante amigável. Essas características não podem ser atribuídas às Ink Jet comerciais que apresentam grande problema de entupimento influenciando na estabilidade do sistema e limitando a área de impressão às formas e tamanhos dos substratos utilizados, não podendo, por exemplo, cobrir áreas de maior espessura. Este diferencial abre inúmeras possibilidades de novas formas de impressão através desse sistema. Dessa forma, é possível
143 afirmar que o SiEO é aplicável à fabricação de dispositivos utilizados na eletrônica impressa, como também em impressões de grandes áreas.
Finalmente, de maneira objetiva, é apresentado na Tabela IX.1 um Datasheet da impressora SiEO com o padrão alcançado pelos dispositivos fabricados (sensor e RCL) com a faixa de valores de resistência, capacitância e indutância obtidos através das análises extraídas desses elementos.
Tabela IX.1 - Datasheet dos dispositivos fabricados pela impressora SiEO.
DISPOSITIVOS DATASHEET DOS DISPOSITIVOS FABRICADOS PELA IMPRESSORA SiEO Capacitor Dielétrico Ecoflex
® Dielétrico PS Tolerância
Faixa de capacitância Faixa de capacitância
2,1 pF ≤ C ≤ 2 108pF 4 pF ≤ C ≤ 6 106pF ± 1%
Indutor Faixa de Indutância Faixa de Indutância
50 µH ≤ L ≤ 70 µH 1 µH ≤ L ≤ 36,3 µH ± 1%
Resistor Faixa de Resistência
18 MΩ ≤ R ≤ 600 MΩ ± 1%
Sensor de amônia
Faixa de Resistência
0,214 MΩ ≤ R0 ≤ 1,36 MΩ (Pressão de 7 a 2 psi) ± 1%
A importância da pesquisa em eletrônica molecular surge a partir da previsão de que o limite da diminuição das dimensões dos dispositivos inorgânicos é previsto para algumas décadas. A Eletrônica Molecular apresenta-se como alternativa de continuidade na integração de dispositivos. Uma etapa para se atingir uma eletrônica via moléculas é a eletrônica orgânica. A utilização de materiais semicondutores orgânicos poliméricos permitiu o desenvolvimento de técnicas de fabricação que implicaram na diminuição dos custos de produção. Assim, tornou- se imprescindível a ampliação dos conhecimentos acerca do desenvolvimento de processos de fabricação que incorporem materiais orgânicos. Com o desenvolvimento dos polímeros conjugados surgiram aplicações importantes como: mostradores de informação flexíveis, etiquetas de RFID, a eletrônica têxtil e o sensoriamento.
Para trabalhos futuros segue como sugestão implementar o controle da impressora com ajustes de firmware e software aumentando, dessa forma, a abrangência de aplicação. Outra sugestão é a melhoria das condições de impressão de maneira que o ambiente seja controlado para evitar possíveis contaminações externas e interferência no tempo de secagem das amostras.
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CAPÍTULO 10
ARTIGOS PUBLICADOS, TRABALHOS APRESENTADOS E
SUBMETIDOS
Este capítulo complementar apresenta as referências bibliográficas dos trabalhos submetidos e publicados em anais de Congressos, Conferências e Simpósios bem como a patente da impressora SiEO.
Artigos publicados
A. D. Barbosa, S. A. L. Silva, R. N. Dal Col, R. F. Bianchi. Impressora de baixo custo desenvolvida a partir de sistema automotivo de injeção eletrônica para fabricação de filmes finos orgânicos. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração, São Paulo, v. 8, n. 2, p. 1- 8, abr.-jun. 2011.
Apresentação em Congressos, Conferências e Simpósios
A. D. Barbosa, S. A. L. Silva, R. F. Bianchi. Thin films deposited by equipment printing of electronic polymers through electronic injection system. X Brazilian MRS Meeting. Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat). Gramado - RS, setembro de 2011.
A. D. Barbosa, S. A. L. Silva, R. F. Bianchi. Desenvolvimento e implementação de instrumentação eletrônica e mecânica para impressora de polímeros eletrônicos a baixo custo. VII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Física. Uberlândia, novembro de 2010.
A. D. Barbosa, S. A. L. Silva, R. F. Bianchi. Desenvolvimento de equipamento de impressão de polímeros eletrônicos via sistema de injeção eletrônica de baixo custo. Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração. Rio de Janeiro, julho de 2010.
Aceite de pedido de patente
Número do pedido de depósito da impressora SiEO: BR 10 2012 004745 4 A2 Data do depósito: 02/03/2012.
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