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Os segredos dos polímeros eletroativos: como fazer os plásticos se moverem como músculos?
Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas, os polímeros eletroativos (EAPs), como um material emergente, estão mudando nossa compreensão tradicional dos plásticos. Este material pode mudar significativamente de forma ou tamanho quando estimulado por um campo elétrico, o que lhe confere um importante potencial de aplicação em áreas como robótica e bioengenharia. A característica mais notável dos EAPs é que eles podem suportar forças enormes e atingir deformações de até 380%. Comparado com materiais piezoelétricos cerâmicos anteriores, esses dados mostram que o EAP tem vantagens significativas em deformabilidade.
A invenção de polímeros eletroativos remonta ao século XIX, com os primeiros experimentos conduzidos por Wilhelm Röntgen, que observou que as propriedades mecânicas da borracha natural mudavam quando submetida a um campo elétrico.
Desde que os polímeros piezoelétricos foram descobertos pela primeira vez em 1925, a tecnologia passou por muitos avanços. Em 1969, Kawai mostrou que materiais de fluoreto de polivinilideno (PVDF) podiam exibir um grande efeito piezoelétrico. Pesquisas posteriores levaram ao surgimento de polímeros condutores e compósitos metálicos poliméricos iônicos (IPMCs), que podem ser ativados em tensões de apenas 1 a 2 volts, significativamente mais baixas do que as exigidas pelas tecnologias anteriores.
Este histórico técnico mostra que, com o avanço da ciência dos materiais, o escopo de aplicação do EAP continuou a se expandir, entre os quais a aplicação mais atraente é o desenvolvimento de músculos artificiais. Os EAPs são considerados músculos artificiais não apenas por suas propriedades cinemáticas, mas também por seu potencial de resposta rápida e grande capacidade de deformação.
Os EAPs são fáceis de fabricar em muitos formatos diferentes, o que os torna materiais muito flexíveis e, portanto, amplamente utilizados em sistemas microeletromecânicos (MEMS) para criar atuadores inteligentes.
Tipos de polímeros eletroativos
Os tipos de EAPs são geralmente divididos em duas categorias: dielétricos e iônicos. Os EAPs dielétricos dependem de forças eletrostáticas entre eletrodos para atuação e operam em um estado de partícula autossustentável, uma propriedade que os torna adequados para aplicações de robótica.
Por outro lado, os EAPs iônicos exigem quantidades muito maiores de eletricidade para manter sua posição e apresentam boa biocompatibilidade, o que os torna candidatos promissores para uso em dispositivos biomédicos.
Direções futuras
Embora a tecnologia EAP esteja se tornando cada vez mais madura, ela ainda enfrenta muitos desafios. Melhorar a estabilidade a longo prazo e a resistência à água do EAP é fundamental, o que pode não apenas evitar a volatilização da água, mas também reduzir os vários problemas que podem ocorrer ao operar em um ambiente aquático. Além disso, melhorar a condutividade da superfície e desenvolver materiais resistentes a altas temperaturas ajudará a avançar ainda mais na aplicação desta tecnologia.Atualmente, a aplicação do EAP em braços robóticos humanos, telas táteis e outros campos tem se tornado gradualmente concreta e tem mostrado um potencial sem precedentes. No futuro, à medida que a ciência dos materiais continua avançando, seremos capazes de realmente criar estruturas plásticas que possam imitar perfeitamente os músculos biológicos?
