Análise de Nanocompósitos com Propriedades Piezoelétricas Compostos de Poli(Fluoreto de Vinilideno) e Óxido de Grafeno

Abstract

O poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) é um fluoropolímero termoplástico semicristalino, com cristalinidade variando entre 40 e 60%, que pode cristalizar em quatro possíveis modificações, nomeadas alfa (α), beta (β), gama (γ) e delta (δ). A fase β garante propriedades piro e piezoelétricas, ou seja, converte energia mecânica em energia elétrica e vice-versa. Uma maneira de se obter a fase β é utilizando uma solução com dimetil formamida (DMF) em temperatura controlada. A adição de óxido de grafeno (OG) a essa solução, pode aumentar significativamente as propriedades dielétricas do PVDF, além de impactar em alterações nas propriedades mecânicas. Diante disso, este trabalho tem como objetivo geral analisar os nanocompósitos com propriedades piezoelétricas, além de apresentar a análise da dispersão do OG na solução polimérica e a caracterização térmica, morfológica e elétrica dos nanocompósitos resultantes. As metodologias propostas foram a geração de filmes e eletrofiação, esses necessitando de processos diferentes de realização. O melhor método de dispersão encontrado para o OG foi a dispersão direto no solvente via ultrassom de limpeza e a caracterização elétrica foi realizada por meio de osciloscópio. Como resultados, o filme nanocompósito gerou valor máximo de tensão de 13 V e apresentou aglomeração do OG em sua morfologia, já a manta eletrofiada gerou 33 V de tensão para o material com adição do óxido, além de propiciar uma melhor dispersão no nanocompósito final.

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) is a semicrystalline thermoplastic fluoropolymer, with crystallinity ranging between 40 and 60%, which can crystallize in four possible modifications, named alpha (α), beta (β), gamma (γ) and delta (δ). The β phase guarantees pyro and piezoelectric properties, that is, it converts mechanical energy into electrical energy and vice versa. One way to obtain the β phase is using a solution with dimethyl formamide (DMF) at a controlled temperature. The addition of graphene oxide (GO) to this solution can significantly increase the dielectric properties of PVDF, in addition to impacting changes in mechanical properties. In view of this, this work has the general objective of analyzing nanocomposites with piezoelectric properties, in addition to presenting the analysis of the GO dispersion in the polymeric solution and the thermal, morphological and electrical characterization of the resulting nanocomposites. The proposed methodologies were the generation of films and electrospinning, these requiring different realization processes. The best dispersion method found for the GO was direct dispersion in the solvent via cleaning ultrasound and the electrical characterization was performed using an oscilloscope. As a result, the nanocomposite film generated a maximum voltage value of 13 V and showed agglomeration of the GO in its morphology, while the electrospun blanket generated a voltage of 33 V for the material with the addition of oxide, in addition to providing better dispersion in the final nanocomposite.