Desenvolvimento de linhas condutoras elétricas flexíveis para atuadores poliméricos

Abstract

Elastômeros dielétricos (ED) são transdutores que podem converter energia elétrica em mecânica, e vice-versa. A Compliant Transducer Systems AG (CTSystems) - Dübendorf, Suíça - é uma startup especializada na combinação de múltiplas unidades ED sob configuração de empilhamento que, quando conectadas por uma linha de alimentação elétrica, dão origem a um atuador polimérico. Este projeto teve como objetivo o desenvolvimento de uma nova linha de alimentação elétrica para melhorar o produto da empresa, a qual deveria apresentar baixa dureza, baixo módulo de elasticidade, boa adesão às unidades de DE e baixa resistividade. Dessa forma, foram realizados os seguintes testes: caracterização elétrica em temperaturas variando de 20 °C a 85 °C, micrografias SEM, medição de dureza, avaliação de vazamento de óleo do material e análise de desempenho final do atuador. Como resultado principal, a combinação de Carbon Black (CB) e Polidimetilsiloxano (PDMS) mostrou-se adequada para esta finalidade, apresentando resistividade de 10 a 30 Ω∙cm na faixa de temperatura desejada e bom desempenho nos testes finais de performance do atuador (68% da capacitância inicial após 250000 ciclos de carga).

Dielectric elastomers (DE) are transducers that can convert electrical energy to mechanical motion or vice versa. Compliant Transducer Systems AG (CTSystems) - Dübendorf, Switzerland - is a startup specialized in combining multiples DE units in a stack configuration, creating a polymer actuator. To charge this device, it is necessary to connect the DE layers with a material that presents low hardness, low elastic modulus, good adhesion to the DE layers, and low resistivity. This project was focused on the development of this electric feeding line to improve the company’s product. Therefore, the following tests were executed: electrical characterization at temperatures ranging from 20 °C to 85 °C, SEM micrographs, hardness measurement, oil bleed evaluation, and a final actuator performance. As the main result, the combination of Carbon Black (CB) and Polydimethylsiloxane (PDMS) was found to be a suitable material for this purpose, showing a volume resistivity from 10 to 30 Ω∙cm at the desired range of temperature and good performance on final actuator performance tests (68% of the initial capacitance after 250000 charging cycles).