Language
Country/Area
No result found
De 1880 até hoje: qual é a surpreendente evolução dos polímeros eletroativos?
Polímeros eletroativos (PEAs) são polímeros que podem mudar de tamanho ou forma em resposta à estimulação de campo elétrico. As aplicações mais típicas desse tipo de material são atuadores e sensores. Uma propriedade notável dos EAPs é que eles podem suportar grandes deformações enquanto são submetidos a grandes forças. No passado, os atuadores eram feitos principalmente de materiais piezoelétricos cerâmicos, que, embora capazes de suportar grandes forças, frequentemente se deformavam em menos de uma parte por mil. No final da década de 1990, estudos mostraram que alguns EAPs podiam atingir tensões de até 380%, superando em muito qualquer atuador cerâmico. Uma aplicação importante do EAP na robótica é o desenvolvimento de músculos artificiais e, portanto, os polímeros eletroativos são frequentemente chamados de músculos artificiais.
Historicamente, o estudo de polímeros eletroativos começou em 1880, quando Wilhelm Roentgen projetou um experimento para examinar o efeito de campos eletrostáticos nas propriedades mecânicas da borracha natural.
Uma carga elétrica é aplicada do ar a um elástico com uma extremidade fixa, e a mudança em seu comprimento é observada. Em 1925, o primeiro polímero piezoelétrico (dielétrico) foi descoberto, e essa pesquisa lançou as bases para o futuro do EAP. O material é feito misturando cera de carnaúba, resina e cera de abelha e resfriando-o sob uma voltagem CC aplicada. Com o tempo, a resposta dos polímeros às condições ambientais também se tornou um foco desta área de pesquisa. Em 1949, Kacharsky et al. demonstraram que as fibras de colágeno apresentam alterações de volume em soluções ácidas ou alcalinas, o que também desencadeou pesquisas sobre outros estímulos.
Em 1969, Kawai confirmou que o fluoreto de polivinilideno (PVDF) tinha um forte efeito piezoelétrico, o que despertou o interesse dos pesquisadores em desenvolver outros polímeros com efeitos semelhantes.
Em 1977, o primeiro lote de polímeros condutores foi descoberto por Hideki Shiokawa e outros. A condutividade do poliacetileno pode ser aumentada em oito ordens de magnitude por dopagem com vapor de iodo. Com a invenção dos compósitos ionômero-metálicos (IPMCs) no início da década de 1990, o desenvolvimento do EAP entrou em um novo estágio. Este material requer apenas um a dois volts de voltagem para produzir deformação, uma característica que mostra que o EAP tem maior potencial de aplicação.
Em 1999, Yousef Bar-Kohan propôs a ideia de braços robóticos EAP competindo contra humanos, e a primeira competição foi realizada em uma conferência em 2005. Em 2002, a Eamex do Japão produziu o primeiro dispositivo muscular artificial comercial EAP, um peixe que podia nadar independentemente, o que acelerou o desenvolvimento do EAP em aplicações práticas. Entretanto, o progresso real das tecnologias relacionadas ainda é insatisfatório. Pesquisas financiadas pela DARPA na década de 1990 levaram à criação de uma empresa de músculos artificiais em 2003 e à produção industrial em 2008.
Tipos de polímeros eletroativos
Os EAPs podem ser simplesmente divididos em duas categorias com base em sua estrutura: dielétricos e iônicos.
EAP dielétrico
Em EAPs dielétricos, a atuação é causada por forças eletrostáticas entre os eletrodos. Elastômeros dielétricos são capazes de suportar tensões muito altas e se comportam como um capacitor cuja capacitância muda quando uma voltagem é aplicada.
Polímeros piezoelétricos
Esta classe de polímeros usa o efeito piezoelétrico para criar sensores acústicos e atuadores de motores e tem uma ampla gama de aplicações devido à sua resposta piezoelétrica intrínseca.
Polímero de cristal líquido
O polímero de cristal líquido da cadeia principal tem uma estrutura de cadeia que pode exibir propriedades mecânicas únicas sob mudanças térmicas e tem potenciais aplicações de acionamento mecânico.
EAP iônico
Esse tipo de polímero é acionado pelo deslocamento de íons dentro do polímero, o que requer apenas alguns volts, mas uma energia elétrica relativamente alta.
Direção de desenvolvimento futuro
Embora o campo do EAP ainda esteja em desenvolvimento, muitos desafios ainda precisam ser enfrentados. Por um lado, melhorar o desempenho e a estabilidade a longo prazo do EAP e projetar uma superfície à prova d'água para evitar a evaporação da água melhorará efetivamente sua confiabilidade em vários ambientes. Por outro lado, desenvolver EAPs termicamente estáveis para melhorar sua capacidade de operar continuamente em tensões mais altas também é um dos focos de pesquisas futuras.
Nesse cenário de progresso contínuo, a tecnologia EAP terá a oportunidade de ser integrada em mais e mais áreas de aplicação no futuro, especialmente na interface entre humanos e máquinas. Com o avanço da ciência e tecnologia de materiais, juntamente com o desenvolvimento da tecnologia de biomimética, não podemos deixar de nos perguntar que tipo de mudanças surpreendentes os polímeros eletroativos trarão no futuro?
