Desenvolvimento de extensômetro orgânico ultrassensível e de metodologia para melhorar o desempenho elétrico de dispositivos vestíveis.

Abstract

Nos últimos anos, os dispositivos vestíveis vêm ganhando espaço no mercado devido, principalmente, às suas inúmeras aplicações tecnológicas que vão desde a área Médica até a área da Engenharia Civil. Neste contexto, este projeto tem por objetivo principal estudar e desenvolver um novo extensômetro à base de matriz flexível de poli (cloreto de vinila) - PVC e polímero semicondutivo, a polianilina – PANI, para aplicação em dispositivos vestíveis para monitoramento do movimento humano em contato com a pele humana. Para atingir esse objetivo foram fabricados filmes ultrafinos de PANI sobre substrato flexível de PVC. Em seguida, foram realizadas caracterizações mecânicas (ensaio de tração) e elétricas (regime ac e dc) dos dispositivos de PANI/PVC. Os resultados obtidos do ensaio de tração demonstraram que a deposição da PANI sobre a superfície do PVC não apresenta influência significativa nas propriedades mecânicas do PVC. Em adição, os resultados da caracterização elétrica em regime dc e mecânica, realizadas simultaneamente, mostraram que o sensor apresenta comportamento ôhmico, ou seja, há uma dependência quasi linear da corrente elétrica com a tensão aplicada. Também foi possível inferir que a resistência elétrica dos dispositivos aumenta com a tensão mecânica aplicada. Este aumento da resistência elétrica está associado à redução da mobilidade dos portadores de carga. Já os resultados obtidos da caracterização mecânica e elétrica (impedância complexa) mostraram que o dispositivo apresenta uma alta sensibilidade elétrica (na ordem de 105) quando submetido a diferentes valores de tensão mecânica na frequência de 100 Hz. Para explicar este efeito foi proposto o uso do modelo baseado na aproximação fenomenológica Davidson-Cole, demonstrando que o material em estudo apresenta uma estrutura desordenada do tipo assimétrica (Lorentziana). Por meio do modelo de condução por saltos (Hopping) pode-se concluir que a resistência elétrica dos dispositivos PANI/PVC está associado diretamente a distância média de saltos dos portadores de carga da PANI entre sítios adjacentes. Finalmente, foi avaliado o desempenho do dispositivo por meio de testes de reprodutibilidade, fator Gauge, custo de fabricação e tempo de resposta. Os resultados mostraram que o dispositivo flexível à base de PANI/PVC apresenta alto fator Gauge (~105), baixo custo de fabricação (<R$ 2,00), módulo de elasticidade compatível com o módulo de elasticidade da pele humana, reprodutibilidade e linearidade nas respostas elétricas, sendo assim a PANI e PVC são considerados materiais promissores para utilização em dispositivos vestíveis para aplicação de monitoramento do movimento humano.