Estudo e desenvolvimento de compósitos de metal/polímero iônico para aplicação em atuadores e sensores visando baixo custo e alta performance

Resumo

O desenvolvimento científico e tecnológico está atrelado, entre outras coisas, à busca por materiais funcionais cada vez mais leves, baratos e duráveis. Somado a isso, ainda há, devido à crescente preocupação com o meio ambiente, o apelo por soluções tecnológicas verdes, ou seja, de baixo impacto ambiental. Neste sentido a bioinspiração pode ser um meio de se alcançar tais objetivos de forma simples e eficiente. No que diz respeito a tecnologias bio-mimetizadoras, os músculos naturais são, desde longa data, os atuadores mais visados como fonte de inspiração, principalmente devido à sua particular combinação de velocidade, tensão, pressão, baixa densidade e de alta eficiência. Algumas destas propriedades são inerentes aos os polímeros eletroativos, sendo bons candidatos a atuadores artificiais. Entre os dispositivos baseados nesta classe de materiais, os compósitos de polímero iônico/metal são os mais estudados para aplicação como atuadores, tanto devido à sua versatilidade, quanto ao baixo peso e possibilidade de grande deformação com baixo consumo de energia. Adicionalmente, podem operar em situações drásticas, tornando-os bastante promissores inclusive para aplicação aeroespacial. Embora sua aplicação seja extensiva, ainda há uma série de problemas que precisam ser solucionados, dos quais podem ser citados, a utilização de metais nobres como eletrodos e, por consequência, elevado preço; o baixa longevidade de operação e a eficiência e durabilidade dependentes das condições do ambiente, sobretudo a umidade relativa do ar. Neste âmbito o presente projeto tem por objetivo pesquisar novas tecnologias capazes de solucionar os maiores problemas que dificultam a maior aplicação industrial destes atuadores. As estratégias para isso incluem a substituição dos eletrodos metálicos por borrachas condutoras baseadas em matrizes de copolímero aleatório estireno-butadieno e compostos avançados de carbono como cargas condutoras e a incorporação de líquido iônico como eletrólito do dispositivo, diminuindo a dependência das condições ambientais. Além disso, pretende-se completar lacunas no que se refere a mecanismos de transporte de íons e também modelos eletromecânicos confiáveis. Para tanto, caracterizações eletroquímicas, reológicas e mecânicas serão necessárias. Além disso, simulações mecânico-quânticas serão usadas para um estudo mais completo dos comportamentos do dispositivo.