Desenvolvimento e caracterização de compósitos piezoelétricos de PZT com matriz cimentícia e borracha natural

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Santos, Josiane Alexandrino dos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Piezoeletricidade; Pasta de cimento; Borracha natural; Coeficiente piezoelétrico; Piezoelectricity; Cement paste; Natural rubber; Piezoelectric coefficient
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/153992

O uso de materiais inteligentes tem sido cada vez mais utilizado pelo ramo de engenharia civil, devido à crescente demanda por construções que têm como função não só atenderem ao crescente aumento populacional, como agirem também como facilitadores da vida humana. Dentro dos estudos em desenvolvimento nesta área, o que vem ganhando destaque é o desenvolvimento de sensores compósitos de materiais piezoelétricos à base de cimento, que sejam capazes de atuar no monitoramento e detecção de possíveis falhas nas estruturas civis em tempo real e contínuo. Alguns dos grandes problemas encontrados no desenvolvimento de sensores piezoelétricos baseados em matrizes cimentícias, encontram se na degradação das propriedades dos sensores frente às condições ambientais em tempo contínuo a que estes são submetidos, bem como, a possibilidades de as fases de preenchimento interferirem diretamente no processo de cura da matriz, reduzindo suas propriedades mecânicas desejáveis. Buscando resolver tais problemas, o presente trabalho teve como objetivo a obtenção e caracterização de compósitos piezoelétricos utilizando como matriz o cimento modificado com borracha natural (BN) e titanato zirconato de chumbo (PZT) como fase piezoelétrica. O PZT foi escolhido como fase piezoelétrica devido seu alto valor do coeficiente piezoelétrico enquanto a inserção da BN buscou garantir aos compósitos, resistência à passagem de água, umidade e a resistência a soluções nocivas ao cimento, atuando no aumento da durabilidade bem como das propriedades piezoelétricas do sensor. Os compósitos foram caracterizados por meio de microscopia eletrônica de Varredura (MEV), medidas de condutividade elétrica em regime DC, espectroscopia de impedância e por meio do coeficiente piezoelétrico (d33). Foi verificada não apenas as propriedades piezoelétricas dos compósitos, mas também, a influência do PZT e BN no processo de cura da pasta de cimento. Os resultados mostraram uma influência direta do PZT e da BN no processo de cura da pasta de cimento aumentando o tempo de cura do material. Medidas de espectroscopia de impedância indicaram a existência de reações tardias de cura da pasta de cimento interferindo diretamente nos valores da constante dielétrica dos compósitos e matriz. Por fim, os resultados do coeficiente piezoelétrico apresentaram grande instabilidade nos valores de d33 nos períodos iniciais pós-polarização para todas as composições, atribuído à existência de dipolos instáveis nas amostras decorrentes do processo de cura do cimento. Polarizações em função do período de cura da matriz evidenciaram aumento dos valores do d33 quando as amostras foram polarizadas mais tardiamente apresentando um máximo para o período de polarização de 130 h para os compósitos bifásicos de cimento/PZT para períodos de medidas iguais a 105 dias e sofrendo redução para polarizações realizadas em 30 dias de cura. Tal comportamento foi atribuído ao processo de cura do cimento e aos valores de εr em tais períodos. Por sua vez, as amostras de cimento/BN/PZT apresentaram comportamento inverso das amostras de cimento/PZT decorrente da presença de borracha natural e sua capacidade de reduzir tensões mecânicas aplicadas ao sistema.