Manufatura aditiva por robocasting de estruturas em pilares de biocompósitos piezoelétricos para geração sustentável de energia

• Autor(a) principal: Tafula, José Eduardo Cipriano
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/30809
• topic: Robocasting; Piezoeletricidade; Ácido poli-lático; Quitosana; Titanato de bário; Gerador piezoelétrico

A crescente procura pela energia em vários setores e as preocupações com o impacto ambiental, tornou necessário o desenvolvimento de processos de geração de energia mais eficiente e sustentável. As novas tecnologias autossustentáveis e limpas baseadas em piezoeletricidade têm grande potencial para geração de energia. Neste contexto, o presente trabalho visa obter um gerador piezoelétrico sustentável para diferentes propósitos. Para isto, foi desenvolvido um código-G para permitir a impressão por manufatura aditiva usando a técnica de robocasting, de uma estrutura biocompósita em pilares para estudar o efeito desta geometria no desempenho piezoelétrico do material. Após a obtenção do código e da sua validação com pastas já bem estudadas de ZrO2 e alumina, fez-se o estudo da impressão de duas formulações compósitas formadas por partículas de titanato de bário (BaTiO3) em duas matrizes biopoliméricas biodegradáveis de ácido poli-lático (PLA) ou, de quitosana (CS). A estrutura de micropilares da solução de CS-BaTiO3 foi rapidamente solidificada no processo de robocasting sob banho de gelo-seco, acetona e nitrogénio líquido e subsequentemente liofilizado para manter a forma e a estrutura vertical do compósito. A caraterização estrutural foi realizada por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), espectroscopia de infravermelho (FTIR), análises termogravimétricas (TG), difração de raio-X (XRD) e espectroscopia de Raman, que permitiu verificar e confirmar a cristalografia tetragonal e morfologia isotrópica-cúbica uniforme de BaTiO3, com tamanho médio de 380 nm ± 74 em todas amostras de PLA-BaTiO3 e CS - BaTiO3. As micrografias de SEM, revelaram a distribuição aleatória das partículas de BaTiO3 e alta porosidade da amostra de CS-BaTiO3 devido a processo de congelação - sublimação. A microscopia de força atómica de piezoresposta (PFM) confirmou a presença de domínios piezoelétricos no compósito com PLA maioritariamente resultantes da presença das partículas de BaTiO3. No caso do compósito com CS após a impressão pela técnica de robocasting, congelação e liofilização verificou-se que a resposta piezoelétrica era mais global não sendo claro a presença de domínios correspondentes à presença de partículas. Os presentes resultados mostram que o robocasting e a possibilidade de modificar geometrias de compósitos poderá ser uma alternativa eficaz e versátil para a conceção de uma nova geração de geradores de energia piezoelétricos.