Brasi

Dados do Trabalho de Conclusão
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)

CARACTERIZAÇÃO ELETROMECÂNICA E ELETRO-MORFOLÓGICA DE COMPÓSITOS DE POLÍMERO IONOMÉRICO E METAL APLICADOS AO DESENVOLVIMENTO DE ATUADORES ROBÓTICOS
LAOS ALEXANDRE HIRANO
TESE
07/06/2013

Os compósitos de polímero ionomérico e metal (IPMC) são materiais eletroativos que têm a capacidade de realizar movimentos de dobramento em resposta a um estímulo elétrico. Estes materiais, que são baseados de uma membrana de um polímero com elevada condutividade iônica entre eletrodos metálicos, têm sido aplicados ao desenvolvimento de músculos artificiais, i.e., micro-atuadores robóticos com uma estrutura flexível que realizam movimentos semelhantes ao de seres vivos. O foco deste trabalho é contribuir no avanço dos estudos sobre os mecanismos responsáveis pelos movimentos do IPMC. Quando um estímulo elétrico é aplicado sobre uma amostra de IPMC hidratada, uma redistribuição de cátions e de moléculas de solvente, geralmente água, é estabelecida dentro da fase polimérica. As interações elétricas geradas pela redistribuição catiônica e o acúmulo de moléculas de solvente em uma das faces do polímero causam deformações responsáveis pelo movimento de dobramento. Apesar de uma ampla disponibilidade de modelos eletromecânicos baseados nestes princípios, estes mecanismos ainda não foram comprovados experimentalmente. Este trabalho investigou a relação entre a força gerada por uma amostra de IPMC acionada com um degrau de tensão, e as variações morfológicas que ocorrem na fase polimérica. As variações morfológicas foram investigadas a partir de uma sequência de padrões de espalhamento de raios-X em baixos ângulos (SAXS) obtidos sobre a fase polimérica de uma amostra de IPMC acionada com um estímulo elétrico. Uma célula de carga monitorou a força gerada pela amostra de IPMC acionada pelo mesmo estímulo elétrico, a qual foi relacionada com as variações eletromorfológicas. Foi investigada a influência da amplitude do estímulo elétrico, do grau de hidratação e da espécie catiônica presente na matriz polimérica sobre as respostas eletro-morfológicas e eletromecânicas. Os resultados experimentais apontaram que as variações morfológicas e a força gerada pela amostra de IPMC estão diretamente relacionadas. Além disso, verificou-se que as respostas eletro-morfológicas e eletromecânicas são fortemente influenciadas pela intensidade do estímulo elétrico, pelo grau de hidratação da amostra e pelo raio da espécie catiônica presente na fase polimérica

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The ionomeric polymer-metal composites (IPMC) are electroactive materials that perform bending movements in response to an electrical stimulus. These materials, which are based on a proton exchange membrane between metallic electrodes, have been applied to the development of artificial muscles, i.e., micro-robotic actuators with soft structure which perform smooth movements similar to the living beings. The focus of this work is to contribute to the advancement of studies on the mechanisms responsible for the movements of actuators composed of IPMC. When an electrical stimulus is applied to a hydrated IPMC sample, a redistribution of cations and solvent molecules, usually water, is established throughout the polymeric phase. The electrical interactions generated by the cation redistribution and the accumulation of solvent molecules on one side of the polymer matrix cause strains responsible bending movement. In spite of the wide availability of electromechanical models based on these principles, these mechanisms have not yet been proven experimentally. This study investigated the relationship between the force generated by an IPMC sample driven with a step voltage, and the morphological variations that occur in the polymeric phase and are responsible for the generation of this force. The morphological changes were investigated from a sequence of small angle X-ray scattering (SAXS) patterns obtained on the polymeric phase of an IPMC sample driven with an electrical stimulus. A load cell monitored the generated force by the IPMC sample activated by the same electrical stimulus, which was related to the electro-morphological variations. This work investigated the influence of the amplitude of the electrical stimulus, the hydration level, and the cationic species present in the polymeric matrix on the electro-morphological and electromechanical responses. The experimental results showed that the morphological variations and the generated force by the IPMC sample are directly related. Furthermore, it was verified that the electromechanical and the electromorphological responses are strongly influenced by the intensity of the electric stimulus, by the hydration level of the sample, and the radius of the cationic species present in the polymeric phase.
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PORTUGUES
UFABC

Contexto
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
POLÍMEROS
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Banca Examinadora
Orientador:
CARLOS HENRIQUE SCURACCHIO
O orientador principal compôs a banca do discente?
Sim
Nome Categoria
GERSON LUIZ MANTOVANI Docente
ROSARIO ELIDA SUMAN BRETAS Participante Externo
MATEUS BORBA CARDOSO Participante Externo
JOSE FERNANDO QUEIRUGA REY Docente

Financiadores
Financiador - Programa Fomento Número de Meses
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa de Doutorado no País GD 48

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