Pesquisadores das universidades alemãs de Heidelberg e Stuttgart conseguiram produzir polímeros condutores adequados para a manufatura aditiva (impressão 3D) por meio de processamento digital de luz. Com eles podem ser obtidas complexas estruturas bidimensionais e tridimensionais manipuláveis eletroquimicamente para mudar de cor, o que abre novas perspectivas para a fabricação de dispositivos optoeletrônicos impressos em 3D. O trabalho de pesquisa foi realizado no âmbito do Grupo de Treinamento em Pesquisa "Transporte Misto Iônico-Eletrônico: Dos Fundamentos às Aplicações", que conta com o apoio de ambas as universidades.

 

O processamento digital de luz (DLP, de digital light processing, na sigla em inglês) é um processo de impressão 3D baseado em luz, no qual um material fotossensível é depositado, camada por camada, em um objeto tridimensional por meio da radiação seletiva de luz ultravioleta. Comparado a outros processos de manufatura aditiva, o DLP permite a fabricação rápida de estruturas complexas. "Embora a tecnologia já tenha sido usada com sucesso na odontologia, por exemplo, até agora a impressão DLP de polímeros condutores para aplicações em optoeletrônica tem sido um desafio", explicou a pesquisadora Eva Blasco, do Instituto de Engenharia de Sistemas Moleculares e Materiais Avançados da Universidade de Heidelberg. Ela e sua equipe estão investigando materiais funcionais exclusivos para impressão 3D. O projeto foi realizado em estreita colaboração com a professora Sabine Ludwigs e seu grupo no Instituto de Química de Polímeros da Universidade de Stuttgart, formado por especialistas em polímeros condutores e comutação eletroquímica.

 

Conceito para fabricação de estruturas eletrocrômicas usando o processamento digital de luz (esquerda); aplicação em um experimento espectroeletroquímico (direita).

 

 

 

 

Estruturas 3D condutoras de eletricidade podem mudar de cor

As duas equipes de pesquisa desenvolveram uma nova “tinta” à base de metacrilato que contém grupos do composto orgânico carbazol redox-ativos (passíveis de oxidação-redução, um tipo de ocorrência química em que há transferência de elétrons entre os materiais envolvidos).

 

As unidades redox permitem que os materiais doem ou aceitem elétrons em suas cadeias poliméricas, tornando-os eletricamente condutores e capazes de mudar de cor dependendo de seu estado de oxidação ou redução.

 

Em seu trabalho atual, os pesquisadores conseguiram usar essa formulação de tinta fotocondutora para fabricar estruturas que podem ser manipuladas eletroquimicamente mesmo após a impressão, mantendo suas propriedades comutáveis.

 

Utilizando essa formulação de tinta contendo carbazol, matrizes de pixels bidimensionais e padrões quadriculados, bem como uma pirâmide tridimensional multicamadas, foram fabricados por manufatura aditiva de forma direta.

 

Quase transparentes originalmente, essas estruturas complexas primeiro adquiriram uma cor verde clara por meio de estimulação eletroquímica, depois tornaram-se verde-escuras e, por fim, praticamente pretas. “Esse processo é completamente reversível e pode ser controlado até o nível do pixel, dependendo da estrutura. O controle na terceira dimensão, ou seja, em relação à altura das estruturas, é especialmente interessante”, comentou a professora Sabine Ludwigs.

 

Visualização de uma pirâmide impressa em 3D exibindo comportamento eletrocrômico. Devido aos diferentes estados de oxidação do material condutor, ela muda de cor reversivelmente em resposta ao estímulo eletroquímico.

 

De acordo com as pesquisadoras, a combinação da impressão 3D de alta resolução baseada em luz com polímeros redox abre novas possibilidades para a manufatura aditiva de displays ou atuadores para aplicações em robótica flexível, nas quais o volume pode ser alterado eletroquimicamente.

 

A Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) está financiando o Grupo de Treinamento em Pesquisa “Transporte Misto Iônico-Eletrônico” (RTG 2948), sediado na Universidade de Heidelberg e na Universidade de Stuttgart. Os resultados de suas pesquisas atuais foram publicados na revista “Advanced Functional Materials”.

 

O artigo original está disponível aqui.

 

 

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Imagens: Universidade de Stuttgart / RTG 2948 / F. Sterl

 

 

 

 

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