Desenvolvimento de extensômetro orgânico ultrassensível e de metodologia para melhorar o desempenho elétrico de dispositivos vestíveis.
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Date
2018
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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.
Description
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Keywords
Polímeros semicondutivos, Dispositivos vestíveis, Condutividade alternada, Polianilina
Citation
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.