Géis dielétricos nanoestruturados à base de copolímero em bloco para aplicação em músculos artificiais
| Autor: | Sousa Junior, Rogério Ramos de |
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| Přispěvatelé: | Carastan, Danilo Justino, Lanfredi, Alexandre José de Castro, Santos, Demétrio Jackson dos, Andrade, Ricardo Jorge Espanhol, Vidotti, Suel Eric |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2019 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UFABC Universidade Federal do ABC (UFABC) instacron:UFABC |
| Popis: | Orientador: Prof. Dr. Danilo Justino Carastan Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2019. Nos últimos anos tem crescido o número de pesquisas que envolvem os chamados materiais inteligentes. Um exemplo são os polímeros eletroativos, materiais que a partir de um estímulo elétrico apresentam uma resposta mecânica, e, devido à similaridade com os músculos naturais, são conhecidos como músculos artificiais. A principal classe estudada como músculos artificiais são os elastômeros dielétricos, sendo essencial que apresentem propriedades como baixo módulo elástico e altos valores de constante dielétrica e capacidade de deformação. Atualmente, os principais materiais utilizados nessa área são os acrílicos elastoméricos, silicones e poliuretanos. Nesse contexto, há a possibilidade de emprego dos copolímeros em bloco estirênicos, materiais de comportamento elastomérico e que possuem como principal diferencial a capacidade de se auto-organizar em estruturas ordenadas, possibilitando ajustes em propriedades mecânicas, elétricas e reológicas. Visando à redução do módulo elástico, o emprego desses materiais como músculos artificiais se dá por meio da formação de géis nanoestruturados, adicionando-se um composto de baixa massa molar que possui interação seletiva ao segmento flexível do copolímero. No entanto, a obtenção desse tipo de gel geralmente implica na redução de sua estabilidade mecânica devido à redução dos sítios de reticulação física. Desta forma, a proposta deste trabalho foi a obtenção de géis dielétricos nanoestruturados a partir do copolímero em bloco SEBS com adição de óleo mineral branco e, visando à melhora da estabilidade mecânica, foi adicionada uma resina hidrocarbônica hidrogenada. Posteriormente, visando ao aumento da constante dielétrica dos géis, também foi adicionada lignina, um biopolímero amorfo com estrutura rica em grupos funcionais como fenóis, carbonilas e hidroxilas. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à morfologia e comportamentos dielétrico, reológico e mecânico. Como principais resultados, verificou-se que a adição de resina hidrocarbônica proporcionou aumento de mais de 800% na resistência à tração e mais de 1000% na elongação, sem alterar de forma significativa o módulo elástico dos géis. A adição de lignina, devido à sua estrutura de caráter polar, proporcionou aumentos na ordem de 50% na constante dielétrica dos géis. Por fim, o comportamento de atuação dos materiais desenvolvidos foi verificado em testes a partir da aplicação de um estímulo elétrico. Os géis apresentaram deformação de área da ordem de 200% sob um campo elétrico relativamente baixo, comprovando a viabilidade desses materiais em aplicações como músculos artificiais. In recent years there has been a growing number of studies involving so-called smart materials. An example is that of electroactive polymers, materials that show a mechanical response from an electrical stimulus, and due to their similarity to natural muscles, are known as artificial muscles. The main group of materials studied as artificial muscles are dielectric elastomers, which essentially must present properties such as low elastic modulus and high values of dielectric constant and stretchability. Currently, the main materials used in this area are acrylic elastomers, silicones and polyurethanes. In this context, there is the possibility of using styrenic block copolymers, materials of elastomeric behavior and which have as their main feature the ability to self-organize in ordered structures, allowing adjustments in mechanical, electrical and rheological properties. To reduce the elastic modulus, the use of these materials as artificial muscles occurs through the formation of nanostructured gels, by adding a low molecular weight compound that has selective interaction to the flexible segment of the copolymer. However, obtaining this type of gel also causes a reduction in their mechanical stability, due to the reduction of their physical cross-linking sites. Thus, the purpose of this work was to obtain nanostructured dielectric gels from the block copolymer SEBS with the addition of white mineral oil and, in order to improve mechanical stability, the a hydrogenated hydrocarbon resin was added. Subsequently, in order to increase the dielectric constant of the gels, lignin was introduced as an additive, an amorphous biopolymer with structure rich in functional groups such as phenols, carbonyls and hydroxyls. The materials obtained were characterized on their morphology and dielectric, rheological and mechanical behaviors. As main results, the addition of hydrocarbon resin caused an increase greater than 800% in tensile strength and greater than 1000% in elongation, without significantly changing the elastic modulus of the gels. And the addition of lignin, due to its polar structure, provided increases in the order of 50% in the dielectric constant of the gels. Finally the actuation behavior of the materials was verified by testing the effect of an electric stimulus. The gels presented an area strain in the order of 200% under a relatively low electric field, demonstrating that these materials could eventually be used in artificial muscle applications. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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