Estudio de materiales poliméricos con propiedades electroquimiomecánicas para actuadores / Laura Luz Valero Conzuelo

Tesis (Doctorado en Ciencias en Materiales Poliméricos) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2011.

En esta tesis se reporta la preparación de diferentes películas de polímero electroconductor para su aplicación en actuadores de doble capa. Las propiedades del material, así como su capacidad como actuadores se estudian y discuten. Diferentes películas de polímero electroconductor de polipirrol se prepararon y se caracterizaron, como monocapas dopadas con DBSA, LiCIO4 o ambos (pPy/DBS, pPy/CIO4, pPy/mixto, respectivamente), y como bicapas con un dopante diferente en cada capa (pPy/DBS//pPY/CIO4). Como disolvente durante la síntesis electroquímica se utilizó agua o acetonitrilo (ACN). La polimerización consumió 7.2 C/cm2, y se obtuvieron películas con un espesor de 50 a 90:1: 10 Dm. La morfología, composición, estabilidad térmica y actividad electroquímica de las películas pPy fueron estudiadas por espectroscopía infrarroja (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis elemental (EDS). El comportamiento electroquímico de las películas pPy/mixtoH20y pPy/DBS fue investigado por voltamperometría cíclica en solución acuosa de 0.1 M LiCIO4 a temperatura ambiente para diferentes potenciales y diferentes velocidades de barrido. Las capacidades sensoras se estudiaron aplicando pulsos de corriente a diferentes temperaturas y concentraciones de agentes dopantes. Películas autosoportadas de polipirrol pPy/DBS y pPY/mixtoH2o se prepararon como actuadores electroquímicos y se determinó su respuesta como músculos artificiales. Se encontró que las películas polimerizadas con agente dopante DBSA y en el electrolito mixto en medio acuoso son más flexibles y menos frágiles que las obtenidas solamente en perclorato, como bicapas y en acetonitrilo. Los espectros de FTIR de las películas reflejan la presencia de pPy en las películas, y al mismo tiempo, fueron observadas las absorciones infrarrojas correspondientes a los agentes dopantes. El análisis elemental indica que las películas sintetizadas en el electrolito mixto acuoso tienen un mayor contenido de DBS (identificado como azufre) en contraste con los sintetizados en ACN, donde predomina el clorato. El análisis termogravimétrico mostró una mayor estabilidad térmica en las películas sintetizadas en un medio acuoso. La estabilidad fue mayor en las películas monocapa pPy /DBS que el sistema pPy/mixto. La voltamperometría cíclica en solución acuosa de 0.1 M LiCIO4 dio resultados similares para películas delgadas reportadas en la literatura de pPY/DBS y muy diferentes para las películas reportadas de pPy/CIO4. Mediante la cronoamperometría se observó un compor1amiento similar al modelo de relajación conformacional para películas delgadas de pPy/CIO4. El potencial de degradación del sistema pPy/DBS fue significativamente mayor que el valor de 1.68 V obtenido para una película sintetizada en LiCIO4. Las capacidades sensoras mostraron que, para los procesos anódicos, hubo una disminución de los potenciales, para los mismos tiempos de flujo de corriente, al incrementar las temperaturas y que a corriente constante se produce disminución de los potenciales. Al aplicar corrientes catódicas se observó un compor1amiento similar pero de manera inversa, mostrando un incremento lineal de la energía eléctrica consumida al disminuir la temperatura de trabajo. Los movimientos conformacionales de las películas fueron estudiados bajo control a diferentes densidades de corriente y de temperatura, aplicando metodologías de cinética química, donde se obtuvo una respuesta lineal de la energía eléctrica. El compor1amiento de las películas fue altamente reversible bajo las condiciones aplicadas. Los resultados indican que la habilidad sensora en las películas pPY/DBS y pPy/mixtoH2o a la variación del potencial del músculo relacionada a la corriente es en general una propiedad del material, y por lo tanto, podría extenderse a diferentes dispositivos electroquímicos.