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

• Processo: 18/09761-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2018
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2021
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Carlos Henrique Scuracchio
• Beneficiário: Roger Gonçalves
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Atuadores Materiais inteligentes Simulação de dinâmica molecular Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Atuadores | Dft | Dinâmica Molecular | Materiais Inteligentes | músculos artificiais | Polímeros eletroativos | Reologia, processamento e aplicação de polímeros

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.

Publicações científicas

(10)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

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TOZZI, K. A.; GONCALVES, R.; BARBOSA, R.; SACCARDO, M. C.; ZUQUELLO, A.; SGRECCIA, E.; NARDUCCI, R.; SCURACCHIO, C. H.; DI VONA, M. L.. Improving electrochemical stability and electromechanical efficiency of ipmcs: tuning ionic liquid concentration. Journal of Applied Electrochemistry, v. 53, n. 2, p. 15-pg., 2022-10-12. (18/09761-8, 18/07001-6, 20/02696-6, 18/10843-9)

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BARBOSA, RAFAEL; GONCALVES, ROGER; BLANCO, GUILHERME EDUARDO DE OLIVEIRA; SACCARDO, MATHEUS COLOVATI; TOZZI, KAIQUE AFONSO; ZUQUELLO, ARIEL GUSTAVO; SCURACCHIO, CARLOS HENRIQUE. Multi-sensing properties of hybrid filled natural rubber nanocomposites using impedance spectroscopy. Electrochimica Acta, v. 435, p. 11-pg., 2022-10-22. (18/09761-8, 18/07001-6, 20/10588-9, 20/02696-6, 20/10839-1)

GONCALVES, R.; TOZZI, K. A.; SACCARDO, M. C.; ZUQUELLO, A. G.; SCURACCHIO, C. H.. Nafion-based ionomeric polymer/metal composites operating in the air: theoretical and electrochemical analysis. Journal of Solid State Electrochemistry, v. 24, n. 8, p. 12-pg., 2020-02-16. (18/10843-9, 18/09761-8)

ARIEL GUSTAVO ZUQUELLO; MATHEUS COLOVATI SACCARDO; ROGER GONÇALVES; KAIQUE AFONSO TOZZI; RAFAEL BARBOSA; LAOS ALEXANDRE HIRANO; CARLOS HENRIQUE SCURACCHIO. PI Controller for IPMC Actuators Based on Nafion®/PT Using Machine Vision for Feedback Response at Different Relative Humidities. MATERIALS RESEARCH-IBERO-AMERICAN JOURNAL OF MATERIALS, v. 25, 2022-09-12. (20/02696-6, 18/09761-8, 18/10843-9, 18/07001-6)

BARBOSA, RAFAEL; GONCALVES, ROGER; TOZZI, KAIQUE AFONSO; SACCARDO, MATHEUS COLOVATI; ZUQUELLO, ARIEL GUSTAVO; SCURACCHIO, CARLOS HENRIQUE. Improving the swelling, mechanical, and electrical properties in natural rubber latex/carbon nanotubes nanocomposites: Effect of the sonication method. Journal of Applied Polymer Science, v. 139, n. 23, p. 13-pg., 2022-03-10. (18/07001-6, 20/02696-6, 20/10839-1, 18/09761-8, 20/10588-9)