Caracterização de IPMCs por espectroscopia de impedância com temperatura e atmosfera controladas

• Processo: 17/13521-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2017
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2018
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Carlos Henrique Scuracchio
• Beneficiário: Rean Toniazzo
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Espectroscopia de impedância Polímeros (materiais) Sensores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: espectroscopia de impedancia | músculos artificiais | Nafion | sensores de deformação | Polímeros

Resumo

Os iEAPs (polímeros iônicos eletroativos, do inglês ionic eletroactive polymers) vêm sendo estudados nas últimas décadas como uma nova matriz para atuadores eletromecânicos na medicina e na robótica. Isto se deve à capacidade destes materiais de gerar movimentos silenciosos, leves e precisos com grande deslocamento a partir de estímulos elétricos pequenos (na ordem de 1V). Além disso, apresentam propriedades notáveis para essas aplicações como a baixa densidade, baixo custo, produção simples, resistência a intempéries, fácil miniaturização e baixo consumo energético. O movimento gerado por esse tipo de material ocorre por causa da migração de espécies iônicas móveis em seu volume quando são submetidos à um campo elétrico. Como os íons são corpos carregados eletricamente, o campo elétrico vai exercer uma força sobre eles fazendo com que se movam dentro do material. Se todos os íons móveis tiverem a mesma carga, vão se deslocar na mesma direção expandindo o iEAP em apenas um lado, aquele que está na direção do deslocamento. As cargas desses íons ditarão qual será a direção do deslocamento. Por outro lado, os íons opostos não se deslocarão porque estão fixos à estrutura polimérica, como por exemplo grupos sulfonados. A expansão de apenas um dos lados gera um dobramento na estrutura, o que define o movimento do material. Os compósitos iônicos de polímero-metal (IPMCs) consistem em uma membrana de um iEAP (180-200 µm) entre placas metálicas extremamente finas (5-10µm), geralmente constituídas de metais nobres como platina ou prata, que atuam como eletrodos. Os iEAPs mais utilizados para este tipo de aplicação são os que apresentam uma cadeia principal hidrofóbica, (constituída, por exemplo, de PTFE), e ramificações curtas com grupos iônicos hidrofílicos, como éteres sulfonados. Embora mais de um material se encaixe nesta categoria, o mais utilizado é o Nafion. Através de vários estudos é notável que a performance do Nafion é diretamente influenciada por diversos fatores, tais como a temperatura, a umidade relativa do ar e os contraíons presentes na membrana. Para que se possa ampliar as possíveis aplicações destes dispositivos, é necessário um claro entendimento, tanto quantitativo quanto qualitativo, de cada uma destas variáveis. A contribuição que se espera deste projeto de pesquisa é um melhor entendimento dos mecanismos de transporte iônico e a influência da temperatura, grau de hidratação e tamanho do íon móvel (contraíon) no desenvolvimento destes mecanismos. Para tanto, será utilizada a técnica de espectroscopia de impedância em umidade controlada e com contraions de diferentes tamanhos. (AU)