Browsing by Author "Mapa, Ludmila Marotta"

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    Desenvolvimento de extensômetro orgânico ultrassensível e de metodologia para melhorar o desempenho elétrico de dispositivos vestíveis.
    (2018) Mapa, Ludmila Marotta; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Coelho, Bruno Nazário; Legnani, Cristiano; Reis, Agnaldo José da Rocha
    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 (
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    The use of complex impedance spectroscopy measurements for improving strain sensor performance.
    (2019) Mapa, Ludmila Marotta; Golin, Alana Fernandes; Costa, Cleidinéia Cavalcante da; Bianchi, Rodrigo Fernando
    Ultrasensitive strain sensors have significant practical application in human-motion detection. However, there is still a challenge for developing strain sensors that are capable of detecting high strain and a high gauge factor (GF). The aim of this study was to investigate whether a semiconducting polymer and AC measurements are able to improve the GF of stretchable sensors. We employed complex impedance spectroscopy measurements to adjust the optimal operating frequency and the impedance component for improving the device performance of a polyaniline film on a flexible poly(vinyl chloride):diisononyl phthalate sub-strate. In the DC regime,the sensor revealed linearity and GF ∼18 at 46% strain. oreover,the frequency of 100 Hz corresponds to the ideal work re- gion to operate the device that unifies sensitivity and linearity, as well as to directly correlate GF and Z∗(100) data. The most surprising correlation is with GF from Z”(100), i.e. GF”(100), which is about 9 times higher than GF (DC regime) at 46% strain. The ColeDavidson approach is developed, in which Z’(f) and Z”(f) are calculated as functions of tensile stress. This model provides the correlation between GF”(100) and the electrical resistance and capacitance of the device, as well as the charge-carrier hopping distance dependence on the tensile stress.