Sensor de umidade quimiorresistivo nanoestruturado impresso em 3D baseado em ABS/NTCS com revestimento de fécula de mandioca (Manihot esculenta)/NTCs

Com o aumento da população mundial, as estimativas apontam que a demanda por alimentos irá aumentar de 35% para 56% até 2050, consequentemente, a produção na indústria alimentícia deverá ser cada vez maior. Além disso, a crise climática, faz com que o ciclo de água do planeta passe por um desiquilíbrio, causando estiagens mais prolongadas e mudanças nos padrões da chuva. Neste contexto, faz-se necessário o desenvolvimento de sensores nanoestruturados para monitoramento de umidade do solo, compostos por dispositivos produzidos por impressão 3D baseados em nanocompósito poli(acrilonitrila-butadieno-estireno)/nanotubos de carbono de paredes múltiplas funcionalizados com ácido carboxílico (ABS/f-NTCPM) e revestidos por filmes de fécula de mandioca nanoestruturados com f-NTCPM (FM/f-NTCPM). Os substratos foram prototipados e impressos por modelagem por deposição de material fundido (FDM) e nanoestruturados por imersão em solução 7:1 H₂O/N,N-dimetilformamida com 1 mg mL-1 de f-NTCPM em banho ultrassônico. Foram obtidos cinco grupos de amostras: ABS nanoestruturado (n-ABS), n-ABS/FM, n-ABS/n1-FM (1% em massa de f-NTCPM), n-ABS/n2-FM (2% m/m de f-NTCPM) e n-ABS/n3-FM (3% m/m de f-NTCPM). Os dispositivos foram caracterizados morfologicamente por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), por espectroscopia Raman, bem como caracterizações e teste elétricos e ângulo de contato. Os resultados do MEV confirmaram a impregnação superficial de f-NTCPM na matriz polimérica com a formação de filmes com espessura média de 1,645 ± 0,236 μm. A espectroscopia Raman revelou os modos vibracionais característicos dos NTCs (bandas D, G e 2D), da FM e do ABS, indicando que o revestimento com FM e f-NTCPM modifica a estrutura eletrônica dos nanotubos de forma dependente da concentração. Os testes de umidade do sensor em câmara, em relação ao sensor convencional HW-390, resultaram em sensitividades médias que variam de 0,00152 ± 0,00059 %⋅%UR-1 (n-ABS) à 03409 ± 0,02829 %⋅%UR-1 (n-ABS/n3-FM). O ângulo de contato reduziu de 89,87 ± 0,91° no ABS puro para 45,58 ± 1,33° em n-ABS/FM, indicando hidrofilia superficial do sensor com a presença de fécula e f-NTC. Os resultados indicam que o aumento de sensitividade com a concentração de f-NTCPM no filme de fécula está associado à formação de redes condutoras na camada ativa, cuja tumefação através da hidratação revestimento amplifica a variação de resistência elétrica por unidade de umidade. O dispositivo possibilitará a integração a uma plataforma IoT com microcontrolador ESP32, demonstrando sua aplicabilidade em monitoramento remoto de umidade do solo.