O que são polímeros eletroativosPolímeros eletroativos, ou PEAs, são polímeros que apresentam uma alteração no tamanho ou forma quando estimulados por um campo elétrico. As aplicações mais comuns deste tipo de material estão em atuadores e sensores. Uma propriedade característica de um típico PEA é que eles são submetidos a uma grande quantidade de deformação enquanto mantêm forças grandes.

A maioria dos atuadores é feita de materiais cerâmicos piezelétricos. Embora estes materiais sejam capazes de resistir a grandes forças, eles geralmente só deformam uma fração de um por cento. No final dos anos 1990, foi demonstrado que alguns PEAs podem apresentar uma estirpe de 380%, o que é muito mais do que qualquer atuador de cerâmica. Outra das aplicações mais comuns para PEAs é no campo da robótica no desenvolvimento de músculos artificiais. Como esta é uma das aplicações mais comuns e eficientes, os PEAs são, muitas vezes, referidos como músculos artificiais.

O campo de estudo dos PEAs surgiu em 1880, quando Wilhelm Roentgen testou o efeito de uma corrente elétrica sobre as propriedades mecânicas de uma banda de borracha. A banda de borracha foi fixada em uma extremidade e ligada a uma massa na outra. Foi, então, carregada e descarregada para estudar a mudança no comprimento com corrente elétrica. MP Sacerdote acompanhou experiência de Roentgen pela formulação de uma teoria da resposta de tensão a um campo elétrico aplicada em 1899.

PEAs são bastante utilizados em atuadores e sensores

PEAs são bastante utilizados em atuadores e sensores

Apenas em 1925 o primeiro polímero piezelétrico foi descoberto (eletreto). Eletreto foi formado pela combinação de cera de carnaúba, cera de abelha e colofônia e, em seguida, arrefecimento da solução, enquanto ela está sujeita a uma polarização DC elétrica aplicada. A mistura solidifica dentro de um material polimérico que exibe um efeito piezelétrico.

Polímeros eletroativos

Polímeros que respondem às outras condições ambientais diferentes de uma corrente elétrica também têm sido uma grande parte desta área de estudo. Em 1949, Katchalsky et al. demonstraram que, quando os filamentos de colágeno são mergulhados em soluções de ácido ou alcalino reagiriam com uma variação de volume. Os filamentos de colágeno se expandem em uma solução ácida e contraem em uma solução alcalina. Embora outros estímulos (tais como pH) tenham sido investigados, devido à sua facilidade e praticidade, a maior parte da investigação é dedicada ao desenvolvimento de polímeros que respondam a estímulos elétricos a fim de imitar sistemas biológicos.

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Em 1969, Kawai foi capaz de demonstrar que o fluoreto de polivinilideno (PVDF) apresenta um grande efeito piezeléctrico. Isso despertou o interesse de pesquisa no desenvolvimento de sistemas de outros polímeros que apresentam um efeito similar. Em 1977, foram descobertos os primeiros polímeros eletricamente condutores por Hideki Shirakawa et al. Shirakawa, juntamente com Alan MacDiarmid e Heeger Alan, demonstraram que o poliacetileno era eletricamente condutor e que, por dopagem com vapor de iodo, eles poderiam aumentar a sua condutividade em 8 ordens de magnitude. Assim, a condutância foi próxima da de um metal. No fim dos anos 1980, vários outros polímeros exibiam um efeito piezelétrico ou demonstraram ser condutivos.

Materiais PEAs podem ser facilmente fabricados em várias formas, devido à facilidade no processamento de muitos materiais poliméricos, tornando-os materiais muito versáteis. Uma aplicação potencial dos polímeros eletroativos é que eles podem potencialmente ser integrados em sistemas microeletromecânicos (MEMS) para produzir atuadores inteligentes. Eles também têm sido utilizados em músculos artificiais. Sua capacidade de emular o funcionamento de músculos biológicos, com alta tenacidade à fratura, tensão de atuação e grande amortecimento de vibrações inerentes, chama a atenção dos cientistas neste campo.

Medicina e Biologia aproveitam a tecnologia dos PEAs para músculos artificiais

Medicina e Biologia aproveitam a tecnologia dos PEAs para músculos artificiais

Nos últimos anos, polímeros eletroativos para monitores Braille surgiram para ajudar os deficientes visuais na leitura rápida e comunicação assistida por computador. Este conceito é baseado no uso de um atuador EAP configurado em uma forma de matriz. Linhas de eletrodos de um lado de um filme EAP e colunas sobre o outro ativam os elementos individuais da matriz. Cada elemento está montado com um ponto Braille e é reduzido pela aplicação de uma tensão em toda a espessura do elemento selecionado, causando a redução da espessura local. Sob o controle de computador, os pontos são ativados para criar padrões táteis de altos e baixos que representam a informação para ser lida.

Bombas pequenas também podem ser alcançadas através da aplicação de materiais de polímeros eletroativos. Estas bombas poderiam ser usadas para a entrega da droga, dispositivos microfluídicos, controle de fluxo ativo e uma infinidade de aplicações de consumo. A configuração mais provável para uma bomba com base em atuadores seria um dispositivo de diafragma duplo. As vantagens que uma bomba ionomérico poderia oferecer seriam baixa tensão de operação (bateria), ruído extremamente baixo, alta eficiência do sistema e controle altamente preciso da vazão.

Outra tecnologia que pode se beneficiar das propriedades únicas dos atuadores PEA são as membranas ópticas. Devido à sua baixa modulação, a impedância mecânica dos atuadores, eles combinam bem para essa finalidade. Além disso, um atuador único de PEA é capaz de gerar deslocamentos que vão de micrômetros a centímetros. Por esta razão, estes materiais podem ser usados para a correção da forma estática e supressão de jitter. Estes atuadores também poderiam ser utilizados para corrigir as imperfeições ópticas, devido à interferência atmosférica.

Uma vez que esses materiais apresentam caráter eletroativo excelente, os polímeros eletroativos mostram enorme potencial em robôs biométricos de pesquisa, sensores de estresse e no campo da acústica, o que tornará as PEAs um tema de estudo aprofundado no futuro próximo.