Desenvolvimento de extensômetro orgânico ultrassensível e de metodologia para melhorar o desempenho elétrico de dispositivos vestíveis.
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Data
2018
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Resumo
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.
Descrição
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras-chave
Polímeros semicondutivos, Dispositivos vestíveis, Condutividade alternada, Polianilina
Citação
MAPA, Ludmila Marotta. Desenvolvimento de extensômetro orgânico ultrassensível e de metodologia para melhorar o desempenho elétrico de dispositivos vestíveis. 2018. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.