Obtenção e caracterização de eletrodos flexíveis de borracha de silicone com cargas condutoras carbonáceas para uso em atuadores baseados em IPMC

• Processo: 24/12824-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Carlos Henrique Scuracchio
• Beneficiário: Pedro Zago Formis
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Nanotubos de carbono Silicone Polímeros
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Compositos condutores | Ipmc | músculos artificiais | nanotubos de carbono | sensores de deformação | Silicone | 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 1 a 5 V). Além disso, apresentam baixa densidade, baixo custo, produção simples, resistência a intempéries, fácil miniaturização e baixo consumo energético. 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.Uma das dificuldades encontradas para o escalonamento de produção destes IPMCs é a necessidade de eletrodos eficientes, de matéria prima abundante e de baixo custo. Atualmente são utilizados eletrodos de metais nobres (platina, ouro ou paládio), porém sua disponibilidade e custo são proibitivos para produção em larga escala de IPMCs além de perderem desempenho ao longo do tempo por causa da fafiga do material. Por outro lado, nas últimas décadas, têm sido estudados diversos compósitos (especialmente nanocompósitos) com matriz polimérica e cargas carbonáceas condutoras (tais como Negro de Fumo Condutor, cCB, Nanotubos de Carbono, CTN, e grafeno e seus derivados). Quando superado o limite de percolação elétrica destes compósitos, é possível alcançar condutividades comparáveis às de alguns metais, com a vantagem de se ter um material altamente flexível, de baixo custo e alta durabilidade. Desta forma, este trabalho propõe o uso de compósitos de silicone com cargas carbonáceas condutoras (nanotubos de carbono, CTN, e negro de fumo condutor, cCB) para obtenção de um material condutor e flexível o suficiente para substituição dos metais em IPMCs.