Este teste tem como objetivo verificar a deformação de amostras de IPMC em função da tensão aplicada. Inicialmente foi aplicado um degrau de 2 volts sobre uma amostra de IPMC preparada pelo método de Preethichandra com dimensões de 35mm x 2mm x 200µm. A figura 4.8 mostra a curvatura do IPMC em função do tempo. As amostram estavam armazenadas em água desti- lada.
Pela figura é possível observar que nos instantes iniciais a amostra se deforma rapida- mente, e após algum tempo, a velocidade da deformação fica cada vez menor. Em uma análise
4.1. TESTES DE DEFORMAÇÃO
Figura 4.8: Deformação do IPMC em função do tempo
preliminar, imagina-se que imediatamente após polarizar os eletrodos do IPMC ocorre um grande fluxo de íons no interior da membrana, o que justifica a rápida deformação. Porém, com o transcorrer do tempo, os grupos iônicos com maior mobilidade se acomodam de um lado da membrana e praticamente não se espera mais movimento destes, restando apenas o movimento de outros grupos que apresentam menor mobilidade na matriz polimérica. Isto ex- plica porque a velocidade de deformação da amostra diminui com o tempo, porém uma análise mais aprofundada se faz necessária. Na seção 4.2 são mostrados testes mais aprofundados para verificação de mobilidade destes grupos iônicos.
Antes de iniciar a etapa de obtenção de parâmetros para elaboração do sistema de controle de posição e velocidade dos atuadores de IPMC, o experimento foi repetido com a mesma amostra apresentada na figura 4.8, para verificar a repetibilidade do resultado. Porém, nenhum dos testes apresentou o mesmo resultado. Como a vida útil destes materiais pode ser curta, os testes foram repetidos com amostras novas, ainda não submetidas a campo elétrico, mas mesmo assim não foram obtidos os mesmos resultados. Como os resultados não apresentam repetibilidade significativa, não foi possível obter parâmetros de controle. Com o objetivo de especular este comportamento das amostras, foram levantadas algumas hipóteses:
• As cargas com menor mobilidade se encontravam em uma posição diferente da inicial, interferindo na migração das cargas com maior mobilidade.
• Como as amostras em fitas foram recortadas a partir de uma amostra de 5cm x 6cm, existe a possibilidade da qualidade de deposição ser diferente de acordo com a posição em que
4.1. TESTES DE DEFORMAÇÃO
a amostra foi recortada, influenciando no desempenho eletromecânico destas.
• Como não houve nenhum controle do tempo de exposição das amostras ao ar, existe a possibilidade das amostras desidratarem, modificando o desempenho.
• Como não houve controle das condições de armazenamento das amostras, existe a possi- bilidade das concentrações dos grupos iônicos sofrerem modificações.
O levantamento destas hipóteses reforça a necessidade de compreender os mecanismos de transporte de cargas na fase polimérica da amostra (seção 4.2).
Comparação de deformação entre as amostras preparadas pelos métodos por Oguro e Preethichandra
Outro teste foi proposto com o objetivo de comparar a deformação de IPMCs preparados pelos métodos de Preethichandra e Oguro. Como visto seções 3.3.1 e 3.3.2, ambos métodos deposi- tam uma camada de platina na redução primária. No entanto, a quantidade de metal depositado nesta etapa não forma eletrodos de boa qualidade, o qual se faz necessário o crescimento da massa dos eletrodos. No método de Oguro, deposita-se mais uma camada de platina, e no método de Preethichandra, uma camada de prata. O foco deste teste é verificar se o material depositado nos eletrodos, durante a redução secundária, influencia no nível de deformação.
Aplicou-se sobre as amostras um sinal de onda quadrada de amplitude 2,1V com uma freqüência de 0,2Hz. Escolheu-se uma baixa freqüência devido ao tempo necessário para a migração de cargas discutida no experimento anterior. As dimensões da amostra de IPMC foram de 35mm x 2mm x 200µm. As figuras 4.9 e 4.10 mostram as amostras preparadas pelo método de Preethichandra e Oguro, respectivamente, deformadas no ciclo de tensão negativa e positiva. As figuras 4.11 e 4.12 mostram os gráficos dos valores dos ângulos de curvatura das amostras preparadas pelo método de Preethichandra e Oguro durante a deformação. Os ângulos de curvatura foram medidos a partir da normal da reta que une a extremidade da amostra ao terminal elétrico.
Nos gráficos das figuras 4.11 e 4.12 é possível observar que a amostra preparada pelo método de Oguro apresentou deformação máxima em torno de 45◦, e a preparada pelo método
4.1. TESTES DE DEFORMAÇÃO
Figura 4.9: Deformação do IPMC obtido pelo método de Preethichandra em função do tempo
Figura 4.10: Deformação do IPMC obtido pelo método de Oguro em função do tempo de Preethichandra, em torno de 35◦. Considerando os métodos adotados, o procedimento baseado no método de Oguro produziu amostras com desempenho melhor. Em projetos fu- turos, estão planejadas modificações para o método de Oguro e Preethichandra na tentativa de melhorar o desempenho das amostras.
Durante os experimentos, foi observado que amostras encontravam-se esticadas dentro da solução de armazenamento e, imediatamente após retirá-las da solução, estas começaram a curvar, mesmo na ausência de um campo elétrico. Esta deformação é causada pela desidratação da amostra, semelhante a um enrugamento. Após a aplicação de um campo alternado, foi verificado que as deformações das amostras eram maiores e mais rápidas no sentido em que se encontravam inicialmente curvadas. Ao monitorar a tensão dos terminais do gerador e as tensões sobre os eletrodos, foi verificado que, durante a deformação no sentido inicialmente curvado, as tensões sobre os eletrodos rapidamente se igualaram com a referência. Já no sentido contrário, além da deformação da amostra ser menor e mais lenta, as tensões nos eletrodos demoravam a se igualar com a referência. Em uma análise preliminar, foi levantada a hipótese que estas observações estão relacionadas com a maior facilidade de acomodação dos grupos
4.1. TESTES DE DEFORMAÇÃO
Figura 4.11: Gráfico do ângulo normal da reta que une os terminais elétricos e a extremidade da amostra para o IPMC de Preethichandra
Figura 4.12: Gráfico do ângulo normal da reta que une os terminais elétricos e a extremidade da amostra para o IPMC de Oguro
iônicos no sentido em que a amostra se encontra espontaneamente curvada. Análises mais detalhadas sobre os fenômenos observados serão apresentadas na seção seguinte.