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Title: Estudo das propriedades elétricas de filmes finos de PANI em substrato flexível de PEAD sob deformação mecânica.
Authors: Golin, Alana Fernandes
metadata.dc.contributor.advisor: Bianchi, Rodrigo Fernando
Keywords: Impedância - eletricidade
Correntes alternadas
Deformações e tensões
Deformações - mecânica
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Bianchi, Rodrigo Fernando
Guerra, Elida Maria
Pinto, Elisângela Silva
Falcão, Vivienne Denise
Coelho, Bruno Nazário
Citation: GOLIN, Alana Fernandes. Estudo das propriedades elétricas de filmes finos de PANI em substrato flexível de PEAD sob deformação mecânica. 2019. 193 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
Abstract: Desde a descoberta dos polímeros semicondutivos em 1977 até os estudos atuais em sensores poliméricos vestíveis, a técnica de medida em corrente contínua (dc) é comumente utilizada para a caracterização desses materiais. Entretanto, a técnica de medida em corrente alternada (ac) tem se tornado cada vez mais usual, pois possibilita investigar os mecanismos de condução dos portadores de carga, identificar efeitos de interface e de volume e definir qual a melhor faixa de frequência para a operação de dispositivos poliméricos. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo principal o estudo sistemático das propriedades elétricas sob efeito de deformação mecânica de um novo sistema condutivo e flexível à base de polietileno de alta densidade (PEAD) recoberto com polianilina (PANI). Para atingir este objetivo foram fabricados filmes de PEAD/PANI, os quais, em seguida foram caracterizados eletricamente (dc e ac) durante a realização dos ensaios mecânicos de tração. Os resultados mostraram que o PEAD/PANI possui alta resistência mecânica, que sua resistência dc aumenta em função da tensão mecânica aplicada e que não há efeito de interface. Porém, há efeito de volume devido ao surgimento de cargas espaciais no material, demonstrado pelo modelo de Corrente Limitada por Carga Espacial (SCLC). Já as medidas ac mostraram que a impedância do filme aumenta, enquanto a condutância diminui em função da tensão mecânica. Estes resultados foram explorados a partir dos modelos de Cole-Cole (baseado em circuitos equivalentes) e de Barreiras de Energia Livres e Aleatória (baseado na teoria de Saltos), que demonstraram que o filme apresenta uma estrutura desordenada do tipo simétrica e que a resistividade do filme aumenta com a tensão mecânica devido ao aumento da distância média entre as barreiras de energia do material. Como consequência, tem-se a diminuição da frequência de salto dos portadores de carga e também da mobilidade elétrica. Verificou-se que o filme possui melhor sensibilidade elétrica na frequência de 100 Hz e que não possui reversibilidade mecânica e elétrica. Portanto, assim pôde-se contribuir para compreensão dos mecanismos de condução em sistemas poliméricos semicondutivos e flexíveis e também para a fabricação de dispositivos flexíveis de alta resistência mecânica.
metadata.dc.description.abstracten: From the discovery of semiconductive polymers in 1977 to current studies on wearable polymer sensors, the direct current (dc) measurement technique is commonly used to characterize these materials. However, the alternating current (ac) measurement technique has become more usual, as it enable to investigate the conduction mechanisms of the charge carriers, to identify interface and volume effects and to define the best frequency range for the operation of polymeric devices. In this context, the purpose of this work was the systematic study of the electrical properties under the effect of mechanical deformation of a new conductive and flexible system based on high density polyethylene (HDPE) coated with polyaniline (PANI). To achieve this purpose, HDPE/PANI films were manufactured, which were then electrically characterized (dc and ac) during the mechanical stress tests. The results showed that the HDPE/PANI has high mechanical strength, its dc resistance increases as a function of the applied mechanical stress and that there is no interface effect. However, there is a volume effect due to the appearance of space charges in the material, as demonstrated by the Space Charge Limit Current (SCLC) model. The ac measurements showed that the impedance of the film increases while the conductance decreases as a function of the mechanical stress. These results were explored from the Cole-Cole models, based on equivalent circuits, and from Random Free Energy Barriers, based on the theory of hopping, which demonstrated that the film presents a symmetrical type disordered structure and that the film resistivity increases with mechanical stress due to the increase of average distance between material energy barriers. As a consequence, there is a decrease in the hopping frequency of the charge carriers and also in the electrical mobility. It was found that the film has better electrical sensitivity at the 100 Hz frequency and no mechanical and electrical reversibility. Therefore, it was possible to contribute to the understanding of the conduction mechanisms in semiconductive and flexible polymer systems and also to the manufacture of flexible devices of high mechanical resistance.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11880
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 20/12/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite a adaptação.
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