Pesquisadores da Universidade Federal do Paraná (UFPR) conquistaram uma nova patente, concedida pelo Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI), para um dispositivo inovador capaz de detectar vapores de etanol e metanol na atmosfera. Intitulado “Dispositivo sensor para vapores de etanol e metanol preparados com tintas condutoras aquosas de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT), poli (estireno sulfonato) (PSS) e óxido de grafeno (GO)”, o dispositivo promete diversas aplicações industriais, especialmente na automotiva e na área da saúde.
O desenvolvimento deste dispositivo foi um esforço colaborativo entre dois grupos de pesquisa da UFPR: o DiNE (Dispositivos Nanoestruturados), liderado pela professora Lucimara Stolz Roman, do Departamento de Física, e o GQM (Grupo de Química de Materiais), liderado pelo professor Aldo Jose Gorgatti Zarbin, do Departamento de Química. A equipe de inventores inclui Matheus Felipe Fagundes das Neves, doutor e pós-doutorando em Física; Leila Seleme Mariano Alves, doutora em Ciência dos Materiais e funcionária da UFPR; João Paulo Vita Damasceno, doutor em Química e pós-doutorando pela UNICAMP; e Oswaldo Donato Lourenço Junior, ex-doutorando em Ciência dos Materiais e ex-funcionário da UFPR, falecido.
Utilização da patente e contribuição para a inovação
Desde 2013, a UFPR tem registrado várias inovações, impulsionadas pela Agência de Inovação da universidade, vinculada à Superintendência de Parcerias e Inovação (Spin). As patentes garantem aos inventores os direitos exclusivos sobre suas criações, permitindo a comercialização ou concessão de licenças em troca de royalties, com os recursos revertidos para a universidade.
A professora Lucimara Stolz Roman destaca a importância da concessão da patente para o grupo de pesquisa. “Nossa missão é proteger as invenções realizadas na UFPR, visando a estabelecer parcerias mais estruturadas com a iniciativa privada”, afirma. Os sensores desenvolvidos têm como objetivo a detecção de etanol exalado pelo corpo humano e de metanol para controle de combustíveis, demonstrando a aplicabilidade industrial do produto. Estes sensores podem ser utilizados em veículos para monitorar a qualidade do combustível ou em dispositivos médicos para detectar vapores de álcool em exalação humana, contribuindo para diagnósticos e monitoramento de saúde.
Material inovador e sustentável
Os dispositivos são constituídos por filmes finos de tintas condutoras à base de água, preparadas a partir de combinações de óxido de grafeno (GO), poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) e poli(estireno sulfonato) (PSS). As combinações resultantes – PEDOT, PEDOT-GO, PEDOT-PSS ou PEDOT-PSS-GO – foram depositadas por gotejamento (drop casting) sobre eletrodos interdigitados, uma técnica desenvolvida pelos laboratórios da UFPR. Essa técnica de deposição permite a formação de filmes finos uniformes, essenciais para a sensibilidade e precisão dos sensores.
Matheus Neves, um dos inventores, explica que o óxido de grafeno e o PEDOT são sintetizados quimicamente nos laboratórios da UFPR, utilizando materiais ecológicos e água como solvente, enquanto o PEDOT-PSS é um material comercial com custo relativamente alto. “O desenvolvimento dessas tintas sem PSS em larga escala ajuda a reduzir o custo do produto, mantendo suas propriedades elétricas”, acrescenta Neves. A adição de GO melhora a organização das cadeias poliméricas, aumentando a eficiência, estabilidade e condutividade elétrica.
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Eficiência e Sustentabilidade
A síntese da tinta de PEDOT, que dispensa o uso de solventes perigosos e aditivos, resulta em um produto mais ecológico. O GO, derivado de grafite cristalina, melhora significativamente a condutividade elétrica e a eficiência dos sensores, que respondem rapidamente à exposição aos vapores e podem ser reutilizados por longos períodos.
Os sensores desenvolvidos são orgânicos, oferecendo ganhos de eficiência energética em comparação com sensores inorgânicos comerciais que operam em altas temperaturas e consomem muita energia. Sensores comerciais frequentemente utilizam semicondutores inorgânicos como MoO3, WO3, TiO2, SnO2 e ZnO, que se degradam rapidamente. Em contraste, os sensores orgânicos da UFPR são produzidos de maneira simples e com baixo custo, representando uma alternativa mais sustentável.
Benefícios e impacto
Os sensores desenvolvidos pela UFPR possuem uma série de vantagens que os tornam altamente competitivos no mercado. Primeiramente, a técnica de produção utilizando tintas condutoras aquosas é ambientalmente amigável, pois evita o uso de solventes tóxicos. Além disso, a combinação de materiais como PEDOT e GO resulta em sensores com alta sensibilidade e rápida resposta aos vapores de etanol e metanol.
A aplicação destes sensores pode se estender a diversas indústrias, incluindo a automotiva, onde podem ser utilizados para monitorar a qualidade do combustível e detectar adulterações, garantindo maior eficiência e segurança dos veículos. Na área da saúde, os sensores podem ser empregados em dispositivos para monitoramento da respiração e diagnóstico de doenças relacionadas ao consumo de álcool.
Os ganhos em eficiência energética dos sensores orgânicos também representam um avanço significativo. Ao contrário dos sensores inorgânicos que operam a altas temperaturas e consomem muita energia, os sensores desenvolvidos na UFPR funcionam a temperaturas ambientes, o que reduz o consumo energético e aumenta a vida útil do dispositivo.
