404-052 caracterização e estudo das propriedades

22º CBECiMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
06 a 10 de Novembro de 2016, Natal, RN, Brasil
404-052
CARACTERIZAÇÃO E ESTUDO DAS PROPRIEDADES ELETROMECÂNICAS
DE
COMPÓSITOS
DE
POLÍMERO
IONOMÉRICO
E METAL
APLICADOS
NO
DESENVOLVIMENTO DE PELES ARTIFICIAIS
Novaes, A.L.(1); Santos, G.E.(1); Scuracchio, C.H.(2); Hirano, L.A.(1);
Universidade Federal de Alfenas(1); Universidade Federal de Alfenas(2); Universidade Federal de São
Carlos(3); Universidade Federal de Alfenas(4);
Este trabalho concentra-se na área de desenvolvimento de sensores flexíveis que podem ser utilizados como
transdutor eletromecânico em peles artificiais. Os compósitos de polímero ionomérico e metal (do inglês
ionomeric polymer-metal composites - IPMC) são materiais eletroativos que têm a capacidade de gerar um
sinal elétrico em resposta a um estímulo mecânico. Os IPMC's são tipicamente compostos por uma
membrana de um condutor iônico polimérico, como o Nafion® entre eletrodos metálicos finos. Quando
uma membrana de IPMC é dobrada, as espécies iônicas e moléculas de água são redistribuídas dentro da
fase polimérica gerando um gradiente de cargas entre as faces, produzindo uma diferença de potencial
elétrico. As principais referências explicam que esta resposta elétrica depende da amplitude e da ta xa de
deformação. As principais referências adotadas neste trabalho discutem que o aumento do grau de
hidratação do Nafion® promove um aumento da mobilidade das espécies iônicas móveis. Portanto o grau
de hidratação da fase polimérica, provavelmente, descreve um papel importante nos mecanismos
responsáveis pela resposta eletromecânica do IPMC. Apesar de uma ampla disponibilidade de modelos
eletromecânicos disponíveis na literatura, poucos deles propõem um modelo matemático que explique a
influência do grau de hidratação sobre a resposta eletromecânica de IPMC’s. Este trabalhou visou
quantificar a influência do grau de hidratação no comportamento eletromecânico destes materiais. Utilizo u se uma plataforma de experimentos equipada com um sistema que controla a umidade relativa do ar ao
redor da amostra com o intuito de manter constante o grau de hidratação do IPMC durante os testes. Por
meio dessa plataforma, aplicou-se três tipos de estímulos mecânicos na forma de pulso, degrau e
deformação oscilatória para observar as respostas eletromecânicas sobre amostras condicionadas com
diferentes graus de hidratação. Em relação ao estímulo na forma de degrau, inicialmente foi observado um
pico de tensão e esta resposta elétrica esmaeceu-se com o transcorrer do tempo. De acordo com os principais
modelos, quando há uma deformação, a geração do pico é dado pelo deslocamento abrupto das espécies
iônicas. Semelhantemente o esmaecimento ocorre ao passo que as espécies iônicas vão se acomodando em
uma nova posição de equilíbrio. A resposta elétrica apresentou um comportamento típico de um sistema de
primeira ordem. Observou-se uma mudança significativa no tempo característico em função da amplitude
e taxa de deformação, e grau de hidratação. Para um estimulo mecânico em pulso, c onstatou-se que a
membrana se dobrou alternadamente para os dois lados, diminuindo gradativamente a sua amplitude,
caracterizando um oscilador amortecido. A resposta elétrica acompanhou estas deformações alternadas
gerando um sinal elétrico semelhante. Em relação ao estímulo oscilatório, não observou-se defasagem
significante entre o estímulo mecânico e o sinal elétrico. Várias referências discutem que quando o material
é submetido a um estimulo oscilatório em uma frequência elevada, somente os portadores c om mais
mobilidade conseguem migrar em fase com o sinal elétrico referencial. Possivelmente, esta defasagem
poderia ser observada em instrumentos que permitam deformar a amostra de IPMC à frequência oscilatórias
maiores a que o aparato utilizado neste trabalho permite. Conforme o esperado, a umidade foi um fator
extremamente crítico, que influenciou o sinal elétrico tanto para estimulo o pulso quanto para degrau. Os
resultados foram ajustados aos principais modelos e incluiu -se um parâmetro de dependência da umidade.
A proposta de um modelo empírico baseado nos dados coletados neste trabalho conclui o texto. Os autores
agradecem a FAPEMIG, CNPq, CAPES e FAPESP pelo apoio que tem recebido nas pesquisas
desenvolvidas.
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