Novel Printed Electroactive Devices for Environmental Monitoring
La necessitat de monitorització de sistemes ambientals s’ha establert en la nostra societat des de que l’augment de la industrialització global ha provocat una major producció de contaminants. Aquests es poden trobar en diferents àmbits de l’ecosistema com l’aire, l’aigua terra o la biota i la seva...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/688292 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/688292 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Imprès Impreso Printed Mediambiental Medioambiental Environmental Sensor Tecnologies 621.3 |
| Sumario: | La necessitat de monitorització de sistemes ambientals s’ha establert en la nostra societat des de que l’augment de la industrialització global ha provocat una major producció de contaminants. Aquests es poden trobar en diferents àmbits de l’ecosistema com l’aire, l’aigua terra o la biota i la seva detecció pot facilitar un control més gran de la salut en la societat. A mesura que augmenta la complexitat dels paràmetres a detectar, augmenta la necessitat d’analitzar i monitoritzar la seva resposta. No obstant això, el poder controlar un gran rang de paràmetres implica la necessitat d’implementar una xarxa de dispositius connectats entre ells capaços de, no només monitoritzar, sinó de donar una resposta davant d’una anomalia, cosa que provoca l’augment de la complexitat i per tant en el cost, i és inviable en molts àmbits. A més, l’ús de sistemes de mesura convencionals sol estar limitat al seu rang d’operació, per la qual cosa la seva aplicabilitat és limitada. És en aquest context en què aquesta tesi busca investigar i obtenir noves eines per al monitoratge de paràmetres ambientals en temps real mitjançant tècniques de fabricació additiva per impressió funcional, en qualsevol tipus de substrats, tant rígids com flexibles. Aquesta metodologia de fabricació és una estratègia valuosa per al desenvolupament de sensors a baix cost en comparació amb els sensors convencionals, amb la facilitat de personalitzar el disseny i la seva versatilitat en la integració. A aquest efecte, i per al desenvolupament en el camp de sensors impresos per a monitorització ambiental, es proposa estudiar dues famílies diferents de dispositius per a la monitorització de paràmetres fisicoquímics rellevants, no només de l’àmbit mediambiental, sinó també en l’àmbit de salut. La primera família investigada són els dispositius piezoelèctrics com a sensors de paràmetres físics com el moviment, i donada la naturalesa de la reversibilitat de l’efecte piezoelèctric, també se n’investigarà les propietats com a actuadors i recol·lectors d’energia. Concretament, s’ha enfocat l’estudi en una sèrie de dispositius basats en el copolímer de fluorur de polivinilidè amb trifluoroetilè (PVDF-TrFE) sobre diferents substrats plàstics i s’ha caracteritzat i validat la seva versatilitat com a sensor, actuador o generador d’energia. La segona família investigada es basa en l’ús de sensors electroquímics impresos per monitoritzar diferents paràmetres de qualitat de sistemes aquosos. El principal repte comú a tots els dispositius investigats en aquesta tesi doctoral consisteix en l’estudi de les propietats dels materials funcionals dipositats mitjançant tecnologies d’impressió, i de la funcionalitat dels dispositius, obtenint així les regles de disseny dels sistemes multicapa amb els diferents materials, i estudiant la interacció i compatibilitat a cada capa i a les interfases. Un pas més enllà, per dotar d’autonomia i automatització de la mesura, s’han incorporat i validat els sensors en un sistema “Lab-On-a-Chip” que permet un calibratge automàtic i la monitorització de paràmetres de caràcter amperometric, com el clor lliure i oxigen dissolt, potenciomètric, com el pH i el redox, impedimètric com la conductivitat, resistiu com la temperatura i vibracional, per monitoritzar el flux en canals microfluídics. Aquests paràmetres són clau per controlar la qualitat i la bioactivitat dels mitjans aquosos en un gran rang d’aplicacions i sistemes. Ambdues estratègies investigades en aquesta tesi tenen una àmplia aplicabilitat, i gràcies a la versatilitat que proporciona la fabricació mitjançant tècniques d’impressió quant a disseny, substrats i forma, tenen un alt potencial d’implementació disruptiva en una elevada quantitat de sistemes de gran utilitat sistemes de monitorització en temps real, continu i al “Point-Of-Need”. |
|---|