Sensores de umidade: caracterização e desenvolvimento de dispositivo eletrônico.

Abstract

Polímeros com características hidrofílicas como o poliestireno sulfonado (PSS) têm despertado o interesse para estudos e aplicações como sensores de umidade. Neste trabalho os sensores de umidade foram obtidos por dip coating em uma solução de PSS sobre contatos interdigitados de prata feitos pelo método screen-printing. Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) foi realizada no sensor nas temperaturas de 30°C e 40°C e umidades relativas (RH) de 35 RH% a 90 RH% com um medidor LCR (indutância, capacitância e resistência) para obter informações sobre suas propriedades elétricas. Medidas da impedância do sensor em umidades de 45 RH% a 90 RH% e temperaturas variando de 20°C a 50°C nas frequências de 120 Hz e 1,00 kHz foram feitas a fim de se obter uma relação empírica entre impedância, umidade relativa e temperatura. Após aquecer o sensor de umidade a temperatura de 50°C sob a umidade 35 RH% foram realizadas microscopia óptica e eletrônica de varredura com o objetivo de identificar a resistência e durabilidade do sensor. Os resultados do estudo da impedância com umidade, temperatura e frequência revelaram que o sensor de umidade, em baixas frequências, como 1,00 kHz foi mais sensível às variações de umidade do que de temperatura, e que nessa mesma frequência a impedância diminuiu exponencialmente com o aumento da umidade. Os resultados também mostraram que a exposição prolongada do sensor a uma mesma umidade e temperatura leva a uma resposta diferente da obtida em uma escala de tempo de alguns segundos devido à lenta difusão da água dentro do polímero, o que sugeriu que a espessura do filme deva ser diminuída e sua quantidade de poros aumentada para aplicações tecnológicas. As micrografias também revelaram que o sensor de umidade não pode vii ser exposto ao mesmo tempo a baixas umidades (35 RH%) e altas temperaturas (50°C), pois nessas condições sofreu micro-rachaduras que o danificou e alterou de forma irreversível sua resposta elétrica aos estímulos climáticos.