IPMC electromechanical behaviuor using platinum layer aiming green economy
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Universidade Federal de São Carlos
UFSCar
Campus São Carlos
Engenharia de Materiais - EMa
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Engenharia de Materiais - EMa
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Ionomeric Polymer-Metal Composites (IPMCs) are smart materials formed by an electroactive polymer membrane coated on both sides by noble metal electrodes. When an electrical stimulus is applied, an electric field is generated between electrodes, and solvated ions migrate inside the polymeric membrane, causing an internal pressure gradient and bending the device. Despite numerous advantages, it is exceedingly expensive to use noble metals, such as gold and platinum. In addition, the deposition process generates a large amount of toxic waste. Thus, in this work, a Nafion®-based IPMC with a reduced platinum layer (PRIPMC) was prepared and electromechanically tested, comparing it with a reference IPMC (RIPMC). The analyses were performed under precise relative humidity (RH) control. Blocking force and current response were used to evaluate its performance, and the morphology of the Pt layer was evaluated through Scanning Electron Microscopy (SEM). The PR-IPMC presented a 60% thinner electrode layer. The devices performed better when RH = 90%. However, there is just 40% less blocking force compared to R-IPMC. Besides, the reduced amount of platinum complex used to obtain the device represents a saving of reactants and less waste generation, with satisfactory mechanical performance
Não recebi financiamento
Compositos de Polímero-Metal Ionoméricos (IPMCs) são materiais inteligentes formados por uma membrana polimérica eletroativa revestida em ambos os lados por eletrodos de metais nobres. Quando um estímulo elétrico é aplicado, um campo elétrico é gerado entre os eletrodos, e íons solvatados migram dentro da membrana polimérica, causando um gradiente de pressão interna e dobrando o dispositivo. Apesar das inúmeras vantagens, o uso de metais nobres, como ouro e platina, é extremamente caro. Além disso, o processo de deposição gera uma grande quantidade de resíduos tóxicos. Portanto, neste trabalho, foi preparado um IPMC à base de Nafion® com uma camada reduzida de platina (PR-IPMC) e testado eletromecanicamente, comparando-o com um IPMC de referência (R-IPMC). As análises foram realizadas sob controle preciso de umidade relativa (RH). A força de bloqueio e a resposta de corrente foram usadas para avaliar seu desempenho, e a morfologia da camada de Pt foi avaliada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). O PR-IPMC apresentou uma camada de eletrodo 60% mais fina. Os dispositivos tiveram melhor desempenho quando RH = 90%. No entanto, apresentaram apenas 40% menos força de bloqueio em comparação com o R-IPMC. Além disso, a quantidade reduzida de complexo de platina usada para obter o dispositivo representa uma economia de reagentes e menor geração de resíduos, com desempenho mecânico satisfatório.
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Compositos de Polímero-Metal Ionoméricos (IPMCs) são materiais inteligentes formados por uma membrana polimérica eletroativa revestida em ambos os lados por eletrodos de metais nobres. Quando um estímulo elétrico é aplicado, um campo elétrico é gerado entre os eletrodos, e íons solvatados migram dentro da membrana polimérica, causando um gradiente de pressão interna e dobrando o dispositivo. Apesar das inúmeras vantagens, o uso de metais nobres, como ouro e platina, é extremamente caro. Além disso, o processo de deposição gera uma grande quantidade de resíduos tóxicos. Portanto, neste trabalho, foi preparado um IPMC à base de Nafion® com uma camada reduzida de platina (PR-IPMC) e testado eletromecanicamente, comparando-o com um IPMC de referência (R-IPMC). As análises foram realizadas sob controle preciso de umidade relativa (RH). A força de bloqueio e a resposta de corrente foram usadas para avaliar seu desempenho, e a morfologia da camada de Pt foi avaliada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). O PR-IPMC apresentou uma camada de eletrodo 60% mais fina. Os dispositivos tiveram melhor desempenho quando RH = 90%. No entanto, apresentaram apenas 40% menos força de bloqueio em comparação com o R-IPMC. Além disso, a quantidade reduzida de complexo de platina usada para obter o dispositivo representa uma economia de reagentes e menor geração de resíduos, com desempenho mecânico satisfatório.
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