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Sulfonated PEEK-based IPMC actuators: Exploring environmental influences

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Autor(es):
Blanco, Guilherme Eduardo de Oliveira ; Valerio, Renan L. ; Barbosa, Rafael ; Goncalves, Roger ; Saccardo, Matheus C. ; Zuquello, Ariel G. ; Tozzi, Kaique A. ; Scuracchio, Carlos H.
Número total de Autores: 8
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL; v. 373, p. 15-pg., 2024-05-03.
Resumo

Ionomeric Polymer-Metal Composites (IPMCs) with a layered metal/polymer/metal structure are innovative biomimetic materials widely used in applications such as actuators, sensors, artificial muscles, and robotics due to their dynamic response to electrical stimuli. Nafion (R) is commonly used for these applications but is associated with high costs, low water retention, and poor performance at elevated temperatures. To address this, sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) is a promising and cost-effective alternative. This study focuses on evaluating the viability of SPEEK in IPMCs under varying environmental conditions, specifically a wide range of relative humidity (RH) levels (30%, 60%, and 90%) and two different counterions (H + and Li + ). FTIR tests confirmed the successful sulfonation of SPEEK, and sulfonation degrees (SD) of 44%, 72%, and 91% were determined by titration. Results indicate that increased SD leads to higher hydration levels, enhancing performance as actuators. Regarding electromechanical performance, SPEEK-based IPMCs demonstrated results comparable or superior to Nafion. Higher RH positively influenced electromechanical performance, increasing displacement and displacement rate values. Additionally, electrochemical/mechanical tests confirmed that, for the H + counterion, SPEEK exhibited superior performance. In conclusion, SPEEK-based IPMCs, especially with H + as the counterion, can potentially replace Nafion, offering a cost-effective alternative with favorable electromechanical performance under varying environmental conditions. (AU)

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