Conductive nanopaper from cellulose nanofibers and conductive polymers and/or carbon nanotubes

Abstract

Coming from renewable and sustainable raw materials, nanocelluloses are rapidly emerging as one of the most promising future materials. Recently, the use of nanocellulose nanocomposites in flexible electrodes, biosensors or supercapacitors it is been studied.

The main objective of this thesis is to produce conductive nanopapers from cellulose nanofibers (CNF) or bacterial cellulose (BC) and tree different conductive materials: polypyrrole (PPy), poly(3,4-ethylenedioxythiophene : polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT).

The structure and morphology of nanocomposites were studied, as well as their thermal, mechanical, and electrical conductivity properties. The results revealed the semiconductor or conductor character of the obtained nanocomposites, with specific capacitances up to 300 F g-1 for CNF-PPy and CNF-PEDOT:PSS-PPy nanocomposites. This work demonstrates the feasibility of using cellulose nanofibers in the field of green and flexible electronics, biosensors, and energy storage devices

Les nanofibres de cel·lulosa són un dels materials del futur, gràcies al seu origen natural i renovable, i per les seves propietats físico-químiques, i mecàniques. Recentment, s’està estudiant el seu ús en elèctrodes flexibles, biosensors o supercapacitants.

L’objectiu central de la tesis és produir nanopapers conductors a partir de nanofibres de cel·lulosa (CNF) o de cel·lulosa bacteriana (BC), i tres tipus de càrrega conductora, el polipirrol (PPy), el poli(3-4-etilendioxitiofè):poliestirè sulfonat (POEDOT:PSS) i els nanotubs de carboni de paret múltiple (MWCNT).

S’ha avaluat l’estructura i morfologia dels materials nanocompòsits, així com les seves propietats tèrmiques, mecàniques i elèctriques. Els resultats mostren el caràcter semiconductor o conductor dels nanocompòsits obtinguts, amb capacitàncies específiques de més de 300 F·g-1 per als nanocompòsits de CNF-PPy i CNF-PEDOT:PSS-PPy. Es demostra la viabilitat de l’ús de nanofibres de cel·lulosa per la fabricació de productes electrònics flexibles, biosensors, o com a dispositius d’emmagatzematge d’energia