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Estudo das propriedades reológicas de IPMC baseado em Nafion em atmosfera de umidade controlada para uso em músculos artificiais e sensores de deformação

Processo: 17/13580-6
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de setembro de 2017
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2018
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Carlos Henrique Scuracchio
Beneficiário:Rhayza Régia Brandão Oliveira
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Polímeros (materiais)   Propriedades mecânicas   Reologia   Robótica

Resumo

Nas últimas décadas, os compósitos iônicos de polímero-metal (IPMCs) vem sendo muito estudados como novos materiais para área de atuadores e sensores para a robótica. Esses atuadores são constituídos por um polímero ligado por superfícies metálicas finas, sendo que essas superfícies metálicas devem ser condutoras e o polímero deve ter a condutividade iônica em um nível adequado. Um bom exemplo deste tipo de polímero é o Nafion®. A principal função dos polímeros nos IPMCs é armazenar os íons e manter a mobilidade necessária para contra-ions através da membrana. Além disso, eles devem fornecer a tensão mecânica e força necessária para os atuadores. Um grande número de combinações de estruturas e cadeias poliméricas que satisfazem esses requisitos já foram sintetizados, contudo o Nafion® detem um lugar de destaque para essa aplicação devido à sua elevada condutividade de protons e boas propriedades mecânicas. Entretanto, sabe-se que o Nafion® muda suas propriedades com o teor de umidade presente. Sabe-se também que o Nafion® hidratado sofre fluência. Dependendo da atividade da água e da temperatura, a deformação mecânica provoca deformações irreversíveis no Nafion que diminui sua condutividade iônica. Sendo assim, o conhecimento sobre a influência do teor de água nas propriedades finais do Nafion e o conhecimento de suas propriedades reológicas é de extrema importância. Na área de modelagem, os primeiros a incorporar propriedades mecânicas em um modelo de Nafion para aplicações em células de combustível foram Weber e Newman em 2004. Seu modelo unidimensional incluiu condutividade, transporte hídrico, inchamento e comportamento mecânico hidrostático do Nafion®. Lai et al. em 2009 modelaram linearmente o comportamento viscoelático do Nafion com expansões em temperatura e teor de água, usando curvas mestre de relaxamento para levar em conta mudanças devido à temperatura e hidratação. Entretanto, ainda não existe um modelo que descreva o comportamento viscoelástico completo (com temperatura fixa e variando a frequência) do Nafion®. Sendo assim, o presente projeto tem como objetivo o levantamento de dados reológicos para uso futuro em um modelo viscoelástico para descrever o comportamento de IPMCs para aplicações em músculos artificiais. Para isso serão realizados estudos de tração estática, tração oscilatória, torção oscilatória e flexão, com variação da frequência e sob umidade controlada, em DMTA e para análise complementares também serão realizados estudos em DSC. (AU)