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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.88.2014.tde-25092014-144622
Documento
Autor
Nome completo
Alessandra Firmino Nascimento
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2014
Orientador
Banca examinadora
Maule, Agnieszka Joanna Pawlicka (Presidente)
Bueno, Paulo Roberto
Gonzalez, Jose Pedro Donoso
Plepis, Ana Maria de Guzzi
Silva, Maria Manuela da Silva Pires da
Título em português
Desenvolvimento de membranas à base de DNA para aplicação em dispositivos eletrocrômicos
Palavras-chave em português
Dispositivos eletrocrômicos
DNA
Eletrólitos poliméricos
Resumo em português
Os polímeros naturais e macromoléculas, como polissacarídeos, gelatina e DNA têm atraído recentemente a atenção significativa da comunidade científica por suas propriedades estruturais e elétricas. O ácido desoxiribonucleico (DNA) possui propriedades eletrolíticas que aumentam quando dissolvido em água, isso ocorre devido à presença de átomos facilmente ionizáveis, tais como prótons e/ou íons sódio. Membranas ionicamente condutoras à base de DNA plastificadas com glicerol/ polietileno glicol (PEG) e contendo polímeros condutores, tais como, PEDOT:PSS (poli (3,4- etilenodioxitiofeno)): poli(estireno sulfonato), POEA (poli (o - etoxianilina)) ou o corante electrocrômico Azul da Prússia (AzP) foram preparadas, caracterizadas e aplicadas em dispositivos electrocrômicos. Os resultados demonstraram que o DNA pode ser plastificado com glicerol, resultando numa membrana transparente com boa condutividade iônica. A caracterização das amostras foi realizada através de medidas de condutividade iônica em função da temperatura, análise termogravimétrica - TGA, análise estrutural por difração de raios-X, microscopia eletrônica - MEV e análise espectroscópica no UV - Vis. Os valores de condutividade iônica à temperatura ambiente foram em gama de 10-4 a 10-5S/cm e aumentam linearmente com o aumento da temperatura, seguindo a relação de Arrhenius. Os valores de condutividade iônica para as membranas dopadas variaram, dependendo do polímero ou corante adicionado, da ordem de 10-5S/cm para as amostras à base de DNA puro a 10-4S/cm para as amostras contendo POEA, PEDOT ou AzP, em temperatura ambiente. Observou-se que as amostras apresentam boa estabilidade térmica, até 170°C, com transparência variável, dependendo da espécie adicionada. Os resultados de raios-X evidenciaram uma estrutura semicristalina das membranas obtidas. Finalmente, as membranas foram aplicadas em pequenos dispositivos electrocrômicos (ECD) e mostraram uma mudança de transmissão de até 10 % de colorido para estados descoloridos. Os dispositivos montados foram caracterizados através de medidas de voltametria e cronocoulometria para os potenciais de (-2,0 e +1,8; e -3,5 e +3,0)V. Os resultados da preparação e caracterização de janelas eletrocrômicas revelaram melhor valor de densidade de carga de 2,8 mC/cm2 para a janela contendo eletrólito a base de DNA-PEDOT. Todos os resultados obtidos mostraram que as membranas à base de DNA são condutoras ionicamente, têm boa transparência e adesão a propriedades do aço e vidro e são materiais promissores para serem aplicadas em dispositivos eletrocrômicos.
Título em inglês
DNA based electrochromic devices
Palavras-chave em inglês
DNA
Electrochromic devices
Polymer electrolytes
Resumo em inglês
Natural polymers and macromolecules such as polysaccharides, gelatin, and DNA have recently attracted significant attention from the scientific community for their interesting structural and electrical properties. Deoxyribonucleic acid (DNA) has electrolytic properties that are enhanced when dissolved in water due to the presence easily ionizable atoms such as proton and/or sodium. Ionically conductive membranes based on DNA plasticized with glycerol and DNA containing conducting polymers, such as, either PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), POEA (poly (o-ethoxyaniline)) or electrochromic dye Prussian Blue (PB) were prepared, characterized and applied in electrochromic devices. It has been shown that DNA can be plasticized with glycerol, resulting in a transparent membrane with good ionic conductivity. The characterization of the samples was performed by ionic conductivity measurements as a function of temperature, TGA thermal analysis, and structural analysis by X-ray diffraction, microscopic by SEM and UV-Vis spectroscopic analysis. The ionic conductivity values at room temperature were in range of 10-4 to 10-5S/cm and increases linearly with increasing temperature, following the Arrhenius relationship. The ionic conductivity values for the studied doped membranes varied, depending on the added polymer or dye, from order 10-5S/cm for the pure DNA-based samples to 10-4S/cm for the samples containing PEDOT or PB, at room temperature. It was observed that the samples exhibit a good thermal stability up to 170ºC, with variable transparency, depending on the added molecule. The X-ray results evidenced a semicrystalline structure of the obtained membranes. Finally, the membranes were applied in small electrochromic devices (ECDs) and have shown an up to 10% transmission change from colored to bleached states. The inserted/extracted charges were of 2,8 mC/cm2 after applying potential of -2.0/+1.8V and -3.5/+3.0V on ECD with DNA-PEDOT electrolyte. All obtained results showed that DNA-based ionically conducting membranes have good transparency and adhesion to glass and steel properties and are very promising materials to be applied in electrochromic devices.
 
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Tese2014corrigida.pdf (5.64 Mbytes)
Data de Publicação
2014-10-01
 
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