Efeito piezoresistivo em polímeros condutores em substrato flexível

Abstract

Os materiais poliméricos têm vindo a substituir outros materiais nas mais variadas aplicações, desde estruturais até electrónicas. Em particular, desde a descoberta dos polímeros condutores por Hideki Shirakawa na década de 1970, e desde o início do fabrico de compósitos condutores com fibras de carbono e carbon black (CB), tem-se assistido a uma crescente utilização destes materiais na fabricação de componentes electrónicos, visores tácteis, telas de televisão, sensores, baterias recarregáveis, geradores de fotocorrente, músculos artificiais, entre outras aplicações. Um tipo de sensores, com grande potencial de aplicação, por exemplo, em monitorização estrutural ou aplicações biomédicas, é os piezoresistivos. Com esta dissertação pretende-se estudar o efeito piezoresistivo de polímeros condutores e compósitos baseados em fibras de carbono. Para tal, foram preparados filmes do polímero condutor polianilina (PANI) por spin coating, compósitos de polipropileno (PP) Pro-fax 6301 com as nano fibras de carbono (NFC’s) Pyrograf®-III por extrusão e prensagem e compósitos do composto comercial PRE-ELEC® PP 1384 por prensagem. Seguidamente, foi analisada a dependência da sua resposta eléctrica com as condições de preparação e mediu-se a resposta eléctrica a solicitações mecânicas. Os resultados obtidos permitiram caracterizar a resposta piezoresistiva presente nos diferentes tipos de amostras, assim como a sua dependência com as condições de preparação. Os valores de gauge factor (GF) obtidos para os diferentes materiais, da ordem de 1,7 - 2,7 para o polímero condutor e 0,8 - 2,4 para os compósitos de carbono, permitem afirmar a viabilidade destes materiais como sensores piezoresistivos em diferentes aplicações.

The polymeric materials have been replacing other materials in various applications, from structural to electronic. In particular, since the discovery of conducting polymers by Hideki Shirakawa in the 1970s and the beginning of the manufacture of conducting composites with carbon fibers and carbon black (CB), has been a growing use of these materials in the manufacture of electronic components, tactile displays, television screens, sensors, batteries, generators photocurrent, artificial muscles, among other applications. A type of sensors with great potential for application, for example, in structural monitoring or biomedical applications, are piezoresistive. The aim of this dissertation is to study the piezoresistive effect of conductive polymers and composites based on carbon fibers. With this purpose, the films were prepared conducting polymer polyaniline (PANI) by spin coating, composites of polypropylene (PP) Pro-fax 6301 with the nanocarbonfibers (NCF's) Pyrograf®-III by extrusion and pressing of composites and composite commercial PRE -ELEC® PP 1384 by pressing. Next, I examined the dependence of their electrical response to the conditions of preparation and measured the electrical response to mechanical stress. The results allowed the characterization of piezoresistive response present in different types of samples, as well as its dependence on the preparation conditions. The gauge factor (GF) values obtained for the different materials, in order from 1,7 to 2,7 for the conducting polymer and 0,8 to 2,4 for carbon composites, enable to affirm the viability of these materials as piezoresistive sensors for different applications.