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Descrizione
Descrizione
L’attività in esame consiste nello sviluppo di materiali flessibili con caratteristiche di risposta piezo-elettrica e/o piezo-resistiva tali da poter essere utilizzati per la misura di forze e/o pressioni in dispositivi robotici. Inoltre, l’attenzione è stata focalizzata su materiali polimerici adatti ad essere modellati tramite tecniche di manifattura additiva o stampa 3D quali la Fused Filament Fabrication (FFF) anche nota come “Fused Deposition Modelling” (FDM). In particolare, le attività di ricerca sono state focalizzate su due polimeri, uno molto flessibile quale il poliuretano termoplastico (TPU), ed uno più rigido e potenzialmente con risposta piezo-elettrica quale il poly(vinylidene fluoride) (PVDF). Tali polimeri sono stati mescolati tra loro allo stato fuso in varie percentuali e additivati con additivi elettricamente conduttivi quale il carbon black-polypyrrole (CB-PPy) e i nanotubi di carbonio (CNT). Tali formulazioni sono state quindi estruse in forma di filamenti successivamente utilizzati nel processo di stampa 3D. I dispositivi ottenuti sono stati quindi caratterizzati completamente dal punto di vista termomeccanico, elettrico e della loro capacità di rilevare valori di pressione linearmente crescenti o decrescenti nel tempo. In parallelo, è anche in corso un’attività finalizzata all’ottenimento di compositi polimerici flessibili con comportamento piezoelettrico contenenti nanoparticelle di titanato di bario ottenute mediante sintesi idrotermale.
L’attività si colloca all’interno della macroattività 1 "Tecnologie moderne flessibili e/o indossabili", con l’obiettivo di sviluppare materiali che per caratteristiche meccaniche e di risposta elettrica possano essere utilizzati come sensori di pressione flessibili e siano possibilmente stampabili con tecniche di manifattura additiva.
Team
Team
Referente: Alessandro Pegoretti
Gruppo di lavoro:
Ricercatori DII: Alessandro Pegoretti, Sandra Dirè, Gian-Franco Dalla Betta
Ricercatori esterni: Guilherme M. O. Barra e Sílvia D. A. S. Ramoa (Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brazil), Claudia Merlini ((Universidade Federal de Santa Catarina, Blumenau, Brazil), Bluma G. Soares (Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil), Marco Fontana (Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa, Italia)
Tecnici: Alfredo Casagranda
Assegnisti, borsisti: Sithiprumnea Dul
Studenti PhD:
su fondi azione Dip. Eccellenza: Mayara Cristina Bertolini
su altri fondi: Nico Zamperlin
Partner esterni coinvolti
Istituzioni di ricerca straniere: Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brazil, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
Istituzioni di ricerca nazionali: Scuola Sant’Anna, Pisa, Italia
aziende: Covestro s.r.l. (Milan, Italy), Sharebot (Nibionno, Italy), CMS SpA (Zogno, BG, Italy). Inoltre, si sta progettando di generare una spin-off dell’università di Trento
Figura 1: a) geometria dei campioni ottenuti per stampa 3D, b) conducibilità elettrica di campioni PVDF/CB-PPy, TPU/CBPPy,PVDF/TPU/CB-PPy 38/62 and 50/50 vol% in funzione della frazione volumetrica di filler; c) curve sforzo-deformazione e, d) modulo conservativo in funzione della temperatura al variare della composizione delle mescole.
Lavoro degli studenti coinvolti
Lavoro degli studenti coinvolti
PhD: Mayara Cristina Bertolini
Argomento: Sensori multifunzionali flessibili per la robotica soft.
Data inizio dell’attività: Novembre 2018
Stato dell’attività, obiettivi e scadenze:
L’attività ha consentito di ottimizzare la formulazione di materiali a base di PVDF e TPU additivati con CB-PPy dal punto di vista elettromeccanico.
PhD: Nico Zamperlin
Argomento: Sviluppo di compositi polimero-ceramico con comportamento piezo elettrico.
Data inizio dell’attività: Novembre 2018
Risultati
Risultati
Articoli scientifici:
Bertolini MC, Dul S, Barra GMO, Pegoretti A. Poly(vinylidene fluoride)/ thermoplastic polyurethane flexible and 3D printable conductive composites. Journal of Applied Polymer Science. 2021; 138(17) e50305.
Bertolini MC, Ramoa SDAS, Merlini C, Barra GMO, Soares BG, Pegoretti A. Hybrid composites based on thermoplastic polyurethane with a mixture of carbon nanotubes and a carbon black modified with polypyrrole for electromagnetic shielding. Frontiers in Materials. 2020; 7: Article 174.
Bertolini MC, Dul S, Lopes E, Soares BG, Barra GMO, Pegoretti A. Fabrication of piezoresistive flexible pressure sensors based on poly(vinylidene fluoride)/thermoplastic polyurethane filled with carbon black-polypyrrole. Polymer Composites, 2021; 12, 6621-6634.
Zamperlin N, Ceccato R, Fontana M, Pegoretti A, Dirè S. Effect of hydrothermal treatment and doping on the microstructural features of sol-gel derived BaTiO3 nanoparticles. Materials, 2021; 14(15), 4345.
Schmitz DP, Dul S, Ramoa SDAS, Soares BG, Barra GMO, Pegoretti A. Effect of printing parameters on electromagnetic shielding efficiency of ABS/carbonaceous-filler composites manufactured via filament fused fabrication. Journal of Manufacturing Processes. 2021; 65, 12-19.
Merlini C, Pegoretti A, Vargas, PC, Da Cunha TF, Ramoa SDAS, Soares BG, Barra GMO. Electromagnetic interference shielding effectiveness of composites based on polyurethane derived from castor oil and nanostructured carbon fillers. Polymer Composites. 2019; 50(S1), E78-E87.
Dul S, Fambri L, Pegoretti A. High-performance polyamide/carbon fiber composites for Fused Filament Fabrication: Mechanical and functional performances. Journal of Materials Engineering and Performances. 2021; vol. 30, 5066-5085.
Dul S, Pegoretti A, Fambri L. Fused Filament Fabrication of piezoresistive carbon nanotubes nanocomposites for strain monitoring. Frontiers in Materials. 2020; 7: Article: 12.
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