Caracterização eletromecânica de compósitos de polímero e metal aplicados em sensores de deformação

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Novaes, André Lucas lattes
Orientador(a): Hirano, Laos Alexandre lattes
Banca de defesa: Scuracchio, Carlos Henrique, Perdomo, Cláudia Patrícia Fernandez
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Alfenas
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.unifal-mg.edu.br/handle/123456789/1206
Resumo: This work focuses on the characterization and study of a flex sensor composed of an electroactive material formed by an ionic polymer and metal. These materials can be applied in the development of artificial skin because they are light and flexible and because they have an expressive electromechanical response. In this work the study and electromechanical and electrical characterization of a composite formed by Nafion® and platinum electrodes were discussed. This material, when bent, produces an electrical signal that may be related to the magnitude and rate at which the material was folded. The general objective was to quantify the influence of the degree of hydration on the electric and electromechanical behavior of this electroactive composite. A system to control the relative humidity around the sample was developed to condition the samples under different conditions of degree of hydration. This system was coupled to an impedance spectroscopy module to evaluate the influence of the degree of hydration on the electrical properties of this material, and in another experiment, coupled to an electromechanical characterization module. This module consists of an actuator capable of folding samples in the form of a tape with angles and controlled velocities, and a system for collecting and amplifying the electrical signal produced in response to this deformation. The results of the electrical tests have shown that, typically, increasing the degree of hydration contributes to decreasing the impedance of the material. The electromechanical responses for step deformations showed a second order behavior and the intensity of the signal varied according to the degree of hydration and imposed deformation. For tests with oscillatory deformation, the samples presented a typical sinusoidal signal, with no finding of lag in relation to the mechanical stimulus. And that the increase in the degree of hydration led to an attenuation of the electromechanical signal.
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This material, when bent, produces an electrical signal that may be related to the magnitude and rate at which the material was folded. The general objective was to quantify the influence of the degree of hydration on the electric and electromechanical behavior of this electroactive composite. A system to control the relative humidity around the sample was developed to condition the samples under different conditions of degree of hydration. This system was coupled to an impedance spectroscopy module to evaluate the influence of the degree of hydration on the electrical properties of this material, and in another experiment, coupled to an electromechanical characterization module. This module consists of an actuator capable of folding samples in the form of a tape with angles and controlled velocities, and a system for collecting and amplifying the electrical signal produced in response to this deformation. The results of the electrical tests have shown that, typically, increasing the degree of hydration contributes to decreasing the impedance of the material. The electromechanical responses for step deformations showed a second order behavior and the intensity of the signal varied according to the degree of hydration and imposed deformation. For tests with oscillatory deformation, the samples presented a typical sinusoidal signal, with no finding of lag in relation to the mechanical stimulus. And that the increase in the degree of hydration led to an attenuation of the electromechanical signal.Esse trabalho concentra-se na caracterização e estudo de um sensor de deformação composto por um material eletroativo formado por um polímero iônico e metal. Estes materiais podem ser aplicados no desenvolvimento de peles artificiais por serem leves e flexíveis e por apresentarem uma resposta eletromecânica expressiva. Neste trabalho foi abordado o estudo e caracterização eletromecânica e elétrica de um compósito formado por Nafion® e eletrodos de platina. Este material, quando dobrado, produz um sinal elétrico que pode ser relacionado com a magnitude e a taxa em que o material foi dobrado. O objetivo geral foi quantificar a influência do grau de hidratação sobre o comportamento elétrico e eletromecânico deste compósito eletroativo. Um sistema para controlar a umidade relativa em torno da amostra foi desenvolvido para condicionar as amostras em diferentes condições de grau de hidratação. Este sistema foi acoplado a um módulo de espectroscopia de impedância para avaliar a influência do grau de hidratação sobre as propriedades elétricas deste material, e em outro experimento, acoplado a um módulo de caracterização eletromecânica. Este módulo consiste de um atuador capaz de dobrar as amostras na forma de uma fita com ângulos e velocidades controladas, e um sistema para coletar e amplificar o sinal elétrico produzido em resposta a esta deformação. Os resultados dos ensaios elétricos demonstraram que, tipicamente, o aumento do grau de hidratação contribui com a diminuição da impedância do material. As respostas eletromecânicas para deformações em degrau apresentaram um comportamento tipicamente de segunda ordem e a intensidade do sinal variou de acordo com o grau de hidratação e deformação imposta. Para testes com deformação oscilatória, as amostras apresentaram um sinal tipicamente senoidal, sem constatação de defasagem em relação ao estímulo mecânico. E, por fim, o aumento do grau de hidratação levou a uma atenuação do sinal eletromecânico.application/pdfporUniversidade Federal de AlfenasPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUNIFAL-MGBrasilInstituto de Ciência e Tecnologiainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Polímeros.Sensores de deformação.Grau de hidratação.Caracterização eletromecânica.Mecanismos de condução.MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOESCaracterização eletromecânica de compósitos de polímero e metal aplicados em sensores de deformaçãoElectromechanical characterization of polymer and metal composites applied to flex sensorsinfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion-42974172594986389316006003372037382386094482reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal de Alfenas - RiUnifalinstname:Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL)instacron:UNIFALNovaes, André LucasORIGINALDissertação_AndréLucasNovaes_2018_PPGCEM.pdfDissertação_AndréLucasNovaes_2018_PPGCEM.pdfCaracterização eletromecânica de compósitos de polímero e metal aplicados em sensores de deformaçãoapplication/pdf3334618https://repositorio.unifal-mg.edu.br/bitstreams/c363b775-ae11-4d93-ab67-d9e553db0fa8/downloadf1dd26f0565f18d6dcd0381a222b53beMD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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