Publicação: Eletrodos impressos fabricados com uma tinta condutora de grafite e acetato de celulose: efeito do envelhecimento dos eletrodos nas propriedades eletroquímicas
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ELETROANALITICA
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Resumo
A técnica de “screen-printing” tem sido amplamente explorada no campo da
eletroanálise, pois permite que sensores eletroquímicos sejam construídos de forma
reprodutível, em larga escala e a baixo custo. Dentre os materiais utilizados para a construção
destes sensores, tintas de condutoras de carbono têm recebido destaque devido às excelentes
propriedades elétricas, mecânicas e químicas dos materiais a base de carbono. Nesse contexto,
este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de eletrodos impressos de carbono
fabricados com uma tinta condutora preparada a partir de pó de grafite, acetato de celulose e
acetona. A técnica de voltametria cíclica foi utilizada para investigar as propriedades
eletroquímicas dos eletrodos, usando o íon ferrocianeto como sonda redox. Os resultados
revelaram que os eletrodos recém-preparados apresentaram um perfil voltamétrico satisfatório
para a sonda redox. No entanto, à medida que os eletrodos envelheciam, uma alteração gradual
no perfil voltamétrico foi observada, melhorando os resultados e sugerindo que o
envelhecimento dos eletrodos afeta as propriedades eletroquímicas. Visando fabricar eletrodos
com propriedades eletroquímicas mais estáveis, uma etapa de secagem em estufa foi incluída
no procedimento de fabricação, obtendo-se ΔEp = 103 ± 1 mV, RSD = 1 % e ipa = 32 ± 1 µA,
RSD = 3 %, em comparação com o primeiro lote construído com resultados de 116 ± 18 mV,
com RSD = 16 % e ipa = 27 ± 2 µA, RSD = 7 %. Apesar de resultar em uma ligeira melhora nas
propriedades eletroquímicas, estas ainda se alteraram ao longo do tempo. Porém, não sofreram
variações significativas em um período de dez dias, sendo este um intervalo de tempo seguro
para a utilização reprodutível dos eletrodos impressos. Os eletrodos impressos fabricados neste
estudo apresentaram, qualitativamente, uma área eletroquimicamente ativa consideravelmente
maior do que eletrodos impressos comerciais e a reprodutibilidade de fabricação dos
dispositivos foi similar à dos eletrodos comerciais. Desta forma, este trabalho demonstrou que
a tinta condutora de carbono desenvolvida, composta por pó de grafite, acetato de celulose e
acetona, apresenta um grande potencial para a produção de eletrodos impressos de carbono por
meio da técnica de “screen-printing”. Os resultados indicaram a importância do controle do
envelhecimento dos eletrodos para manter suas propriedades eletroquímicas ao longo do tempo.
Os eletrodos impressos fabricados neste estudo mostraram-se promissores devido à sua maior
área eletroquimicamente ativa, no entanto, são necessários estudos adicionais para otimizar o
processo de fabricação e melhorar a estabilidade dos eletrodos a longo prazo.
Abstract
The screen-printing technique has been widely explored in the field of electroanalysis
as it enables the reproducible, large-scale, and cost-effective fabrication of electrochemical
sensors. Among the materials used for constructing these sensors, carbon-based conductive inks
have attracted significant attention due to their excellent electrical, mechanical, and chemical
properties. In this context, the objective of this study was to evaluate the performance of screenprinted carbon electrodes manufactured with a conductive ink prepared from graphite powder,
cellulose acetate, and acetone. The cyclic voltammetry technique was employed to investigate
the electrochemical properties of the electrodes, utilizing the ferrocyanide ion as a redox probe.
The results revealed that the freshly prepared electrodes exhibited a satisfactory voltammetric
profile for the redox probe. However, as the electrodes aged, a gradual alteration in the
voltammetric profile was observed, indicating that electrode aging influences the
electrochemical properties. To produce electrodes with more stable electrochemical properties,
a drying step in an oven was introduced during the fabrication process, obtaining ΔEp = 103 ±
1 mV, RSD = 1 % and ipa = 32 ± 1 µA, RSD = 3 %, compared to the first batch built with
results of 116 ± 18 mV, with RSD = 16 % and ipa = 27 ± 2 µA, RSD = 7%. Although this
resulted in a slight improvement in the electrochemical properties, they still exhibited variations
over time. Nevertheless, no significant variations were observed within a period of ten days,
indicating this period is suitable for the reproducible utilization of the screen-printed electrodes.
The screen-printed electrodes fabricated in this study demonstrated, qualitatively, a
considerably larger electrochemically active area compared to commercial electrodes, and the
reproducibility of device fabrication was similar to that of commercial electrodes. Thus, this
work demonstrated the great potential of the developed carbon conductive ink, composed of
graphite powder, cellulose acetate, and acetone, for the production of printed carbon electrodes
using the screen-printing technique. The results we have obtained showed the importance of
controlling electrode aging to maintain their electrochemical properties over time. The screenprinted electrodes fabricated in this study were promising devices due to their larger
electrochemically active area, however, further studies are necessary to optimize the fabrication
process and improve the long-term stability of the electrodes.
Palavras-chave
Tinta condutora, Conductive ink, Pó de grafite, Graphite powder, Acetato de celulose, Cellulose acetate, Screen-printing, Screen-printing, Detector eletroquímico, Electrochemical detector, Envelhecimento, Aging
Citação
PETINE, Dayane Vasconcelos. Eletrodos impressos fabricados com uma tinta condutora de grafite e acetato de celulose: efeito do envelhecimento dos eletrodos nas propriedades eletroquímicas. 2023. 39 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023.