Na obtenção de amostras de IPMC pelo método de Oguro foram encontradas algumas dificul- dades, sendo a principal delas, os riscos à saúde durante o manuseio da hidrazina. Este reagente, que é usado durante a redução secundária da platina (agente redutor), é uma substância de to- xidade extrema e perigosa, podendo causar queimaduras na pele e intoxicações por inalação e contato. Sendo assim, foi adotado também um outro método, proposto por Preethichandra [25]. Neste método, o aumento da massa dos eletrodos, na redução secundária, ocorre a partir da redução de íons de prata. Este método desperta o interesse para sua aplicação na produção de dispositivos de IPMC, pois a prata, apesar de sofrer oxidação com mais facilidade que a platina, é significativamente mais barata e a sua redução envolve reagentes menos tóxicos.
Os equipamentos utilizados para a realização da obtenção do IPMC pelo método de Preethichandra são:
• Cleaner ultra-sônico;
• Agitador termostatizado (Fisaton);
• Lixa de 800 mesh (Norton)
• Vidraçaria (Beckers, pipetas de precisão, balões volumétricos, provetas, baquetes e pinças);
Os reagentes necessários para a realização desse método são:
• Base polimérica: 30cm2de Nafion 117;
• HCl - ácido clorídrico 0,1N e 2N (preparada a partir de HCl 37%);
• Pt(NH3)4Cl2- cloreto de amino platina com 2mg de Pt/cm2;
• NH4OH - hidróxido de amônio 1N e diluído 5%;
3.3. METODOLOGIAS PARA PREPARAÇÃO DE IPMC
• AgNO3- Nitrato de prata 1N;
• NaOH - hidróxido de sódio (0,5N);
• C6H12O6- glicose 0,5 M1;
• água destilada.
Este método segue os mesmo três primeiros passos do método proposto por Oguro, modificando-se apenas a etapa de aumento de massa dos eletrodos. Nesta etapa, em vez de aumentar a massa dos eletrodos depositando mais platina, deposita-se uma camada de prata. Para isso, prepara-se uma solução de nitrato de prata 1N, hidróxido de amônio 1N e hidróxido de sódio 0,5 N na razão volumétrica de AgNO3(1N): NH4OH (1N) : NaOH (0,5N) = 1:2:1,22, sob agitação à 60oC. Após a mistura destes componentes, imediatamente é formada um sedi- mento marrom escuro que é resultado da formação do complexo de hidróxido de amino prata. Apesar de não causar queimaduras ou danos graves à saúde, deve-se tomar cuidado com o manuseio do nitrato de prata e o óxido de prata, pois, em contato com a pele, podem causar manchas e irritações. Para uma membrana de 30cm2foi preparado 200ml da mistura e 50ml da solução de glicose (C6H12O6).
Em seguida, interrompe-se a agitação e a membrana pós redução primária é imersa na solução mantendo a temperatura entre 50oC e 60oC, e em seguida, faz-se a adição da solução de glicose 0,5 M. A glicose deve ser adicionada aos poucos (em torno de 2 ml de 60 em 60 segundos) para permitir obter a aderências dos íons de prata nos centros de nucleação e, neste local, reduzidos à forma metálica. Durante a adição de glicose, a solução modifica a sua co- loração para marrom claro, que é resultado da formação de partículas de prata. Nesta etapa, é possível observar a olho nu a formação da fase de prata nos eletrodos, conforme previsto no método proposto. A glicose deve ser adicionada até que não observe mais o crescimento da prata no eletrodo, ou mudanças na cor da solução. As reações que ocorreram nesta etapa estão apresentados na tabela 3.2.
O custo para a síntese de uma amostra de 30cm2ficou estipulado em torno de 15 reais.
1Todos os reagentes utilizados são p.a. (pró análise), merc
2Devido ao manuseio do hidróxido de amônio em temperaturas ligeiramente elevadas, recomenda-se que esta
3.3. METODOLOGIAS PARA PREPARAÇÃO DE IPMC
Tabela 3.2: Equações envolvidas na redução secundária durante o preparo dos eletrodos pelo método de Preethichandra [25]
Análise microscópica
A figura 3.7 mostra uma imagem de MEV da interface eletrodo-polímero da amostra obtida pelo método de Preethichandra.
Figura 3.7: MEV da interface eletrodo-polímero do IPMC obtido pelo método de Preethichan- dra
A fase mais clara mostrada na imagem da figura 3.7 refere-se à camada de prata e platina formada na interface com o polímero. Ao longo da superfície do eletrodo formado, identificam- se várias trincas. Estas são resultados da oxidação da prata, que é facilmente oxidada quando exposta ao oxigênio do ar. Como produto da oxidação, forma-se o óxido de prata (Ag2O(s)) que, diferente da fase metálica, apresenta características de fragilidade. Assim, durante as deformações do IPMC, a fase composta por óxido de prata não resiste ao esforço mecânico levando a ruptura e, conseqüentemente, a formação das trincas. A platina, diferente da prata, é resistente à oxidação e, em conseqüência disso, não é observado a formação de trincas em
3.3. METODOLOGIAS PARA PREPARAÇÃO DE IPMC
eletrodos de platina, conforme é mostrado na figura 3.6.
Enquanto a espessura dos eletrodos formados pelo método de Oguro encontram-se em torno de 12µm, a espessura dos eletrodos formados pelo método de Preethichandra está em torno de 8µm. Essa diminuição da massa dos eletrodos resulta em perdas de resistência mecânica. Em uma análise preliminar, imagina-se que o motivo dessa perda de massa esteja vinculado ao tempo utilizado para realizar a redução secundária. Pelo método de Oguro, a redução secundária ocorre ao longo de 4 a 5 horas, com a adição de pequenas quantidades de agente redutor fraco, de 30 em 30 minutos. Com isso, os íons metálicos têm tempo para aderir aos centros de nucle- ação, e neste local, serem reduzidos. Este processo é repetido até que todos os íons de platina presentes na solução sejam consumidos. Já no método de Preethichandra, a redução secundária é mais rápida e dura em torno de 30 minutos. Isso sugere que não haja tempo hábil para que os íons alcancem sua aderência aos centros de nucleação, e promovam um aumento significativo de massa.
Em trabalhos futuros, será interessante realizar experimentos de síntese modificando sis- tematicamente o tempo de duração da redução secundária. Estes experimentos terão como objetivo verificar se o tempo de exposição à solução de hidróxido de amino prata e a glicose in- fluenciam na espessura dos eletrodos, e se a variação da espessura influencia na eletromecânica do material.
Capítulo 4
Experimentos elétricos com os IPMCs
Este capítulo descreve os experimentos realizados para determinar características eletromecâ- nicas das amostras de IPMC preparadas. Inicialmente, são apresentados experimentos para analisar a dinâmica do movimento dos dispositivos construídos com o material com o obje- tivo de determinar parâmetros de controle e fatores que influenciam na dinâmica das amostras. Também são apresentados experimentos de caracterização elétrica de polímeros condutores: técnicas de medida DC e AC, para investigar os mecanismos de transporte de cargas, os quais são responsáveis pela deformação do IPMC. São apresentadas ainda análises preliminares e conclusões parciais sobre a determinação destes parâmetros.
4.1
Testes de deformação
Nestes experimentos, amostras de IPMC preparadas por procedimentos de síntese diferentes, são submetidas às mesmas condições elétricas para fazer uma comparação entre seus desem- penhos eletromecânicos. O desempenho eletromecânico das amostras de IPMC é determinado a partir dos raios de curvatura e velocidades de deformação, que são fatores muito relevantes para aplicações em robótica. As comparações são também utilizadas para identificar fatores relacionados com os procedimentos de síntese que influenciam no desempenho das amostras. Futuramente estes resultados serão utilizados para elaborar novos procedimentos de síntese que resultem em IPMCs com propriedades eletromecânicas mais adequadas às aplicações de inte-
4.1. TESTES DE DEFORMAÇÃO
resse.