Efeitos da porosidade nas características piezoelétricas de filmes de fluoreto de polivinilideno para aplicações biomédicas

13 de julho de 2023

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por BME Frontiers

O fluoreto de polivinilideno (PVDF) é um material polimérico piezoelétrico que tem demonstrado grande aptidão como sensor de pressão e fluxo, especialmente em aplicações biomédicas. No entanto, a maioria dos sensores de película fina PVDF apresentam baixa sensibilidade e resolução devido às suas características piezoelétricas limitadas.

Um método para melhorar o desempenho piezoelétrico dos filmes de PVDF é a introdução de nanoporos nas estruturas do material. Prevê-se que os filmes de PVDF modificados pelas estruturas nanoporosas sejam bem adequados para aplicações de biossensor, como monitoramento do fluxo hemodinâmico durante estudos in vitro do fluxo sanguíneo na aorta após a implantação de uma válvula protética através da substituição transcateter da válvula aórtica (TAVR) devido a seus altos coeficientes piezoelétricos, flexibilidade e baixo peso.

Em um trabalho recente publicado na BME Frontiers, uma equipe da Universidade de Minnesota Duluth (UMD) conduziu uma investigação aprofundada dos efeitos da porosidade nas propriedades mecânicas e piezoelétricas dos filmes de PVDF. O rastreamento de deformação foi realizado em amostras de PVDF de filme fino com vários níveis de porosidade e tamanhos de poros para determinar as propriedades mecânicas das amostras.

As propriedades mecânicas foram utilizadas para modelar o material PVDF no software COMSOL Multiphysics, no qual foram realizadas simulações de testes de compressão para determinar o coeficiente piezoelétrico d33 do PVDF. Descobriu-se que um declínio no módulo de elasticidade está altamente correlacionado inversamente com a porosidade das amostras e os resultados da simulação mostram que o módulo de elasticidade teve um efeito muito maior nas propriedades piezoelétricas do que o índice de Poisson.

Uma combinação de técnicas experimentais e computacionais foi capaz de caracterizar e correlacionar as propriedades mecânicas de filmes de PVDF de porosidades variadas com suas propriedades piezoelétricas.

Compreender como as propriedades do material, como o módulo de elasticidade e o índice de Poisson, afetam o desempenho piezoelétrico dos filmes de PVDF, e como essas propriedades podem ser controladas alterando a porosidade do material, é crucial para o desenvolvimento do PVDF como um material sensível à pressão. Ao melhorar o desempenho piezoelétrico do PVDF, sensores de pressão mais sensíveis e confiáveis ​​podem ser desenvolvidos para aplicações biomédicas como monitoramento hemodinâmico.

Mais Informações: Jack T. Kloster et al, Efeitos da porosidade nas características piezoelétricas de filmes de fluoreto de polivinilideno para aplicações biomédicas, BME Frontiers (2023). DOI: 10.34133/bmef.0009

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