Show simple item record

dc.contributor.advisorRodríguez Santiago, Noel 
dc.contributor.advisorMorales Santos, Diego Pedro 
dc.contributor.authorRomero Maldonado, Francisco Javier 
dc.contributor.otherUniversidad de Granada. Programa de Doctorado en Tecnologías de la Información y la Comunicaciónes_ES
dc.date.accessioned2021-07-23T07:30:46Z
dc.date.available2021-07-23T07:30:46Z
dc.date.issued2021
dc.date.submitted2021-07-09
dc.identifier.citationRomero Maldonado, Francisco Javier. Design, Modeling and Fabrication of Flexible Sensors for IoE Applications using Emerging Technologies. Granada: Universidad de Granada, 2021. [ http://hdl.handle.net/10481/69860]es_ES
dc.identifier.isbn9788413069630
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10481/69860
dc.description.abstractFlexible and stretchable electronics is one of the most promising fields for diverse scientific and industrial areas such as electronic skin, wearables devices or biosensing. In this way, there is a big emerging effort focused on the synthesis of flexible conductive materials as an alternative to the conventional rigid siliconbased technology to satisfy the requirements of this kind of applications (flexibility, lightness, transparency, etc.). Since Andre Geim and Konstantin Novoselov were awarded with the Nobel Prize in Physics in 2010 for their groundbreaking experiments regarding the twodimensional material graphene, it has attracted the interest of many researchers due to its unique electrochemical, mechanical and optical properties. However, although it is a perfect candidate to be used in flexible and stretchable electronics, these expectations have not been yet materialized into end-user applications since its current synthesis methods remain costly and unscalable. For these reasons, the interest of some research activities around graphene is shifting to the graphene-derived materials which, even though they do not present a pristine monolayer structure, capitalize part of the unique graphene’s properties and are paired with synthesis processes suitable for a mass-production of samples. In this context, the main objective of this thesis is the study of promising graphene-derived materials, such as graphene oxide (GO), reduced-graphene oxide (rGO) and laser-induced graphene (LIG), for their use in flexible electronics devices. In particular, the work carried out during this doctoral thesis includes from the synthesis and study of these materials to the exploitation of their properties to develop end-user devices and applications. Regarding the fabrication processes, this thesis is focused on a scalable method based on laser assisted photothermal processes to obtain conductive graphenederived patterns on flexible substrates, specifically, laser-induced graphene and laser-reduced graphene oxide (LrGO). In addition to the laser-synthesis of these nanomaterials, this work also addresses other fabrication techniques for the mass-production of flexible electronics over large area substrates, such screen and inkjet printing. Apart from the description of these fabrication techniques and the characterization of the different materials synthesized, this thesis presents different kinds of sensors and devices based on these materials, including temperature and humidity sensors, heaters, supercapacitors and electrocardiogram (ECG) electrodes. Furthermore, some of these devices have been studied in final applications. Thus, the LrGO-based temperature sensors were integrated in an IoT sensing platform with Bluetooth Low Energy capability, whereas the ECG electrodes were tested in combination with a commercial wearable and custom processing techniques in order to be used for the ubiquitous and long-term monitoring of the heart rate. Furthermore, this work also reports a pioneering research on the fabrication of laser-lithographed graphene oxide memristors. Finally, the use of memristors for the implementation of memcapacitor and meminductor emulators has also been addressed. The eleven articles published in indexed journals and the contribution to a conference of international relevance reflect the success of results achieved during this thesis.es_ES
dc.description.abstractLa electrónica flexible y deformable es uno de los campos más prometedores para diversas áreas científicas e industriales, como la piel electrónica, los dispositivos vestibles o los biosensores. Es por ello por lo que existe un gran esfuerzo científico dirigido a la síntesis de materiales flexibles y conductores eléctricos que permitan constituir una alternativa a la electrónica rígida convencional basada en silicio para así satisfacer las necesidades de este tipo de aplicaciones (por ejemplo, flexibilidad, ligereza, transparencia, etc.). Desde que Andre Geim y Konstantin Novoselov fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 2010 por sus innovadores experimentos sobre el material bidimensional grafeno, este ha atraído el interés de muchos investigadores por sus singulares propiedades electroquímicas, mecánicas y ópticas. Sin embargo, aunque es un candidato perfecto para ser usado en el desarrollo de electrónica flexible y estirable, estas expectativas aún no se han materializado en aplicaciones para el usuario final, ya que sus métodos de síntesis actuales siguen siendo costosos y poco escalables. Por ello, el interés de algunas actividades de investigación en torno al grafeno se está desplazando hacia materiales derivados del grafeno que, aunque no presentan una estructura monocapa prístina, sí que cuentan con una parte de las propiedades que hacen al grafeno un material único, con la adicional ventaja de que estar asociados con procesos de síntesis que permiten una producción masiva de muestras de una forma más simple y menos costosa. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis es el estudio de materiales derivados del grafeno, como el óxido de grafeno (GO), el óxido de grafeno reducido (rGO) y el grafeno inducido por láser (LIG), para su uso en dispositivos electrónicos flexibles. En concreto, el trabajo realizado durante esta tesis doctoral incluye desde la síntesis y el estudio de estos materiales hasta la explotación de sus propiedades para el desarrollo de dispositivos y aplicaciones para el usuario final. En lo que respecta a los procesos de fabricación, esta tesis se centra en un método escalable basado en procesos fototérmicos asistidos por láser para obtener patrones conductores derivados del grafeno sobre sustratos flexibles, en concreto, grafeno inducido por láser y óxido de grafeno reducido por láser (LrGO). Además de la síntesis por láser de estos nanomateriales, este trabajo también aborda otras técnicas de fabricación para la producción masiva de electrónica flexible sobre sustratos de gran superficie, como la serigrafía (screen-printing) y la inyección de tinta (inkjet printing). Además de la descripción de estas técnicas de fabricación y la caracterización de los diferentes materiales sintetizados, esta tesis presenta diferentes tipos de sensores y dispositivos basados en estos materiales, incluyendo sensores de temperatura y humedad, calentadores (heaters), supercondensadores y electrodos para electrocardiografía (ECG). Además, algunos de estos dispositivos han sido estudiados en aplicaciones finales. Así, los sensores de temperatura basados en LrGO se integraron en un nodo sensor IoT con capacidad de transmisión Bluetooth Low Energy, mientras que los electrodos de ECG se probaron en combinación con un wearable comercial y técnicas de procesamiento personalizadas con el fin de ser utilizados para la monitorización ubicua y a largo plazo de la frecuencia cardíaca. Además, este trabajo también presenta una investigación pionera sobre la fabricación de memristores de óxido de grafeno litografiados por láser. Por último, también se ha abordado el uso de memristores para la implementación de emuladores de memcondensadores y meminductores. Los once artículos publicados en revistas indexadas y la contribución a una conferencia de relevancia internacional reflejan el éxito de los resultados obtenidos durante esta tesis.es_ES
dc.description.sponsorshipTesis Univ. Granada.es_ES
dc.format.mimetypeapplication/pdfen_US
dc.language.isoenges_ES
dc.publisherUniversidad de Granadaes_ES
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/*
dc.subjectFlexible electronicses_ES
dc.subjectGraphene oxidees_ES
dc.subjectHeateres_ES
dc.subjectLaser-induced graphenees_ES
dc.subjectLaser fabricationes_ES
dc.subjectMemristores_ES
dc.subjectNanomaterialses_ES
dc.subjectPrinted electronicses_ES
dc.subjectReduced-graphene oxidees_ES
dc.subjectSensores_ES
dc.subjectSupercapacitores_ES
dc.subjectElectrónica flexiblees_ES
dc.subjectÓxido de grafenoes_ES
dc.subjectHeaterses_ES
dc.subjectGrafeno inducido por láseres_ES
dc.subjectFabricación por láseres_ES
dc.subjectNanomaterialeses_ES
dc.subjectElectrónica impresaes_ES
dc.subjectÓxido de grafeno reducidoes_ES
dc.subjectSupercondensadores_ES
dc.titleDesign, Modeling and Fabrication of Flexible Sensors for IoE Applications using Emerging Technologieses_ES
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesises_ES
europeana.typeTEXTen_US
europeana.dataProviderUniversidad de Granada. España.es_ES
europeana.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/en_US
dc.rights.accessRightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesses_ES
dc.type.hasVersioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersiones_ES


Files in this item

[PDF]

This item appears in the following Collection(s)

  • Tesis
    Tesis leídas en la Universidad de Granada

Show simple item record

Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
Except where otherwise noted, this item's license is described as Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España