Análise da Fiabilidade de um Captor Electroactivo Iónico ... · Dissertação escrita ao abrigo do antigo acordo ortográfico ... de corrosão que enriqueceu o conteúdo científico

Análise da Fiabilidade de um Captor Electroactivo Iónico (IPMC)

Francisco Duque Lemos

Dissertação para obtenção do grau de mestre em

Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Orientadores:

Professor Doutor Paulo José da Costa Branco

Professora Doutora Susana de Almeida Mendes Vinga Martins

Júri:

Presidente: Professor Doutor Rui Manuel Gameiro de Castro

Orientador: Professor Doutor Paulo José da Costa Branco

Vogal: Professora Doutora Alda Maria Pereira Simões

Maio de 2017

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Análise da Fiabilidade de um Captor Electroactivo Iónico (IPMC)

Dissertação de mestrado elaborada por Francisco Duque Lemos

Para obtenção do grau de mestre em

Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Dissertação escrita ao abrigo do antigo acordo ortográfico.

ii

iii

Que me ajude o Conhecimento

em tudo isto que vou escrever.

Que seja tudo feito em sustento

daquilo que se está a fazer.

Que me acompanhe também o vento,

que no final haja algo a ver.

É isto também o que bem espero

escrevendo de um modo sincero.

iv

v

Prefácio

Nos dias de hoje as teses são, na minha opinião, banalizadas sendo um objecto muitas

vezes meramente ilustrativo para a finalização do curso para ir arranjar um emprego num sítio

qualquer não relacionado com o progresso científico. Foi exactamente devido a isso que tentei ser

eu a propôr o tema da minha tese de mestrado, e isso foi complicado porque não existem muitos

professores que aceitem qualquer ideia de risco numa tese de mestrado. Aquilo que é hoje uma

tese era dantes de Bolonha um trabalho final de curso. Uma tese seria algo dum mestrado que só

seria feito após uma licenciatura de cinco anos. Como eu sempre me vi como aquelas figuras

científicas históricas, eu via as teses deles que seriam teses de doutoramento ou de investigação e

queria que uma tese que se dignasse com o nome tese pudesse estar à altura desses grandes

génios. Tinha que fazer da minha tese algo que não é efectivamente uma tese de mestrado, mas

uma obra que prova o meu domínio e mérito científico. Tinha que fazer duma tese de mestrado

aquilo que uma tese de mestrado não é. Posta esta primeira complicação, tentei um ano ou dois

antes da tese procurar ideias e professores disponíveis para esse género de aventura intelectual.

Falei com inúmeros professores não só na minha área de especialização (Energia) como noutras

áreas. Acho que posso dizer que tive várias sugestões e até um primeiro protótipo que cheguei a

mostrar a alguns professores. Para ser franco, algumas dessas ideias eu acreditava que até tinham

mais potencial que o tema desta tese.

O professor Paulo Branco numa dessas sessões insistentes da minha teimosia falou duma

ideia, entre muitas ideias que deu, que era muito mais vaga. Acho que ele queria mesmo que eu

fizesse tese com ele porque, para ele ter dito aquilo sem ter pensado bem no que disse, só podia ser

fruto dum impulso momentâneo de exaustão intelectual. Não a aceitei na altura mas passado uns

tempos e vendo a minha falta de eficácia perante outros professores de energia acabei por aceitar

fazer tese com o professor Paulo Branco. Ele tinha uma tese teórica para mim, mas eu fiz questão

de lhe lembrar aquela ideia que ele tinha pensado antes: um aparelho para a hipoglicémia. O que

motivou não foi o tema mas o facto de ser algo novo.

Acho que nem eu, nem ele estamos arrependidos pela forma como isso aconteceu e que

tanto um como o outro ficámos surpreendidos pela forma como tudo chegou onde chegou. O

propósito da tese já não está relacionado com a hipoglicémia mas foi esse o tema inicial dela,

foram os primeiros passos e os objectivos.

Este é um trabalho pelo qual acho que vale a pena estar a gastar papel. E que espero que

sirva mais do que ir para o monte das teses obrigatórias feitas apenas por obrigatoriedade.

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Agradecimentos Pessoais

Pode dizer-se que nós somos influenciados pelos outros na nossa maneira de ser… Eu ao

longo da minha vida fui influenciado por diferentes pessoas e acabei por ficar com algumas

características associadas a estas pessoas. A minha mãe foi claramente a pessoa que mais

influenciou a minha vida e a minha personalidade e que esteve sempre ao pé de mim, acabando por

viver também a minha vida, no entanto não posso de todo ignorar a existência das outras pessoas

que também acabaram por influenciar aquilo que eu sou. A minha avó (materna) Manuela ensinou-

me a bondade, a minha avó (paterna) Conceição ensinou-me o sacrifício, o meu avô (paterno)

ensinou-me o rigor, a minha mãe ensinou-me o amor-próprio e a vontade de vencer, e o meu pai

acabou por me dar a inspiração. Acho que posso dizer que nos dias de hoje sou a junção de todas

essas características.

Contudo tenho que dar um grande agradecimento à minha tia Luísa por me ter deixado ficar

em casa dela nos anos finais do meu curso, a seguir à minha suspensão dos estudos devido a

motivos financeiros.

viii

ix

Agradecimentos Académicos

A nível académico gostava de agradecer a todos os meus colegas, os de quem gosto e não

os outros, assim como aos encarregados de laboratório, funcionários, seguranças e professores que

tenham melhorado de alguma forma a minha estadia no Instituto Superior Técnico. Assinalo

contudo, por motivos académicos, os meus colegas Francisco Freire, Marco Lima, Luís Santos, Tiago

Ferreira, Miguel Gameiro e Francisco Silva pelas discussões científicas que tivemos ao longo dos

anos, embora muitas delas não estejam finalizadas e estejam em espera para provar a minha

genialidade para com a ciência.

A nível de auxílio para a tese:

Agradeço aos meus professores e orientadores de tese Paulo Branco e Susana Vinga. Um

agradecimento especial à professora Alda Simões, do departamento de química, pelo auxílio

experimental exaustivo e pela disponibilidade de instalações do departamento de electroquímica e

de corrosão que enriqueceu o conteúdo científico desta tese a níveis que seriam impensáveis sem o

seu apoio.

Aos meus colegas, se me for permitido esse substantivo, do laboratório de electroquímica

pelas ajudas laboratoriais que me foram dadas.

Agradeço ao senhor Duarte do laboratório pela ajuda na construção dos diferentes

protótipos realizados ao longo do trabalho desta tese.

Agradeço aos meus colegas Igor Montes, Miguel Gameiro, Joni Silva, Francisco Silva e João

Fernandes pelo auxílio com o manuseamento de programas relacionados com o tratamento de

dados. Embora o Igor também me tenha ajudado na construção duma gaiola de Faraday.

Agradeço ao Vasco Rodrigues pela projecção através do Solid Edge dos protótipos que foram

feitos por essa via.

x

xi

Índice

Prefácio ................................................................................................................................................................... v

Agradecimentos Pessoais .................................................................................................................................vii

Agradecimentos Académicos ............................................................................................................................ ix

Índice ...................................................................................................................................................................... xi

Lista de Figuras ..................................................................................................................................................xiii

Lista de Acrónimos ........................................................................................................................................... xvii

1. Introdução .................................................................................................................................................... 1

1.1. Bases Introdutórias ............................................................................................................................. 1

1.2. Objectivos Iniciais da Dissertação .................................................................................................... 1

1.3. Enquadramento Científico ................................................................................................................. 2

1.4. Estrutura da Dissertação .................................................................................................................... 2

Utilização de um Captor Electroactivo Iónico (IPMC) para Detecção não-invasiva da Hipoglicémia ..... 3

2. Análise do Problema................................................................................................................................... 3

3. Métodos Existentes de Detecção Não-Invasiva ...................................................................................... 5

3.1.Tecnologias ............................................................................................................................................ 5

3.1.1. Medição da Glicose pelo Metabolismo Corporal ........................................................................ 5

3.1.2. Iontoforese Inversa .......................................................................................................................... 6

3.1.3. Espectroscopias ............................................................................................................................... 8

3.1.4. Sonoforese ........................................................................................................................................ 9

3.1.5. Acetona Expirada ...........................................................................................................................10

3.2. Aparelhos ............................................................................................................................................10

3.2.1. GlucoWatch® .................................................................................................................................11

3.2.2. Night Sense® ..................................................................................................................................12

3.2.3. GlucoTrack™ ...................................................................................................................................12

3.2.4. PENDRA® ........................................................................................................................................13

3.2.5. GlucoWise™ ....................................................................................................................................14

xii

3.2.6. Shymphony® ..................................................................................................................................14

4. Objecto de Investigação ...........................................................................................................................15

5. Aparelho proposto .....................................................................................................................................17

6. Tecnologia dos IPMC .................................................................................................................................19

Análise da Fiabilidade de um Captor Electroactivo Iónico (IPMC) .............................................................21

7. Testes Experimentais ................................................................................................................................21

7.1. Efeito da Concentração na Impedância.........................................................................................21

7.1.1. Experiências Iniciais ......................................................................................................................21

7.1.2. Espectroscopias de Impedância Electroquímica ......................................................................25

7.2. Problemas de Estabilidade ..............................................................................................................32

7.2.1. Aumento da Gama de Frequência ..............................................................................................34

7.2.2. Utilização da Agarose ....................................................................................................................35

7.2.3. Quantificação das Gotas ...............................................................................................................37

7.2.4. Reformulação da Montagem .......................................................................................................38

7.3. Independência da Impedância face à Tensão ..............................................................................42

7.4. Independência da Impedância com o Tempo ..............................................................................45

7.5. Efeito da Concentração a maior escala .........................................................................................47

7.6. Análise das Discrepâncias Experimentais .....................................................................................50

7.7. Resposta da Corrente a um Impulso de Tensão ..........................................................................54

7.7.1. Experiências Iniciais ......................................................................................................................54

7.7.2. Variação das constantes de tempo com o tempo ....................................................................55

8. Análise dos Resultados ............................................................................................................................61

9. Conclusão e Perspectivas de Futuro ......................................................................................................67

10. Referências ..............................................................................................................................................69

11. Referências não Citadas Úteis a Futuros Trabalhos com IPMC’s ...................................................75

11.1. Referências Teóricas ......................................................................................................................75

11.2. Referências para Comparações de Testes Experimentais não Englobadas nas Referências

Teóricas .......................................................................................................................................................76

xiii

Lista de Figuras

Figura 1: Resultados experimentais da leitura de níveis de glicose no sangue por via não-invasiva

através do cálculo do metabolismo corporal com a sua comparação com os níveis obtidos por via

invasiva. Em que n é o número de medidas (equivalente ao número de pessoas), c é o nível de

glicose no sangue (C* é o caso por via não-invasiva, C é o caso por via invasiva) e r é o coeficiente de

correlação. (gráfico proveniente da referência [2]) ........................................................................................ 5

Figura 22: (a) Gráfico do módulo da impedância das primeiras EIS’s realizadas. (gráfico elaborado

através do ZView®) (b) Gráfico da fase da impedância das primeiras EIS’s realizadas. (gráfico

elaborado através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus) ................................................27

Figura 23: (a) Gráfico do módulo da impedância das segundas EIS’s realizadas. (gráfico elaborado

através do ZView®) (b) Gráfico da fase da impedância das segundas EIS’s realizadas. (gráfico feito

através com recurso ao ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus) ............................................28

Figura 24: Representação das EIS’s da figura 22 no plano complexo. (gráfico elaborado através do

ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm) .....................................................................................................................29

Figura 25: Representação das EIS’s da figura 23 no plano complexo. (gráfico elaborado através do


Figura 27: Representação gráfica da variação do parâmetro R1 de cada EIS. As primeiras EIS’s estão

marcadas a azul, as segundas EIS’s estão marcadas a laranja. ...............................................................31

Figura 28: Representação gráfica da variação do parâmetro T do elemento CPE de cada EIS. As

primeiras EIS’s estão marcadas a azul, as segundas EIS’s estão marcadas a laranja. .........................31

Figura 29: Representação gráfica da variação do parâmetro P do elemento CPE de cada EIS. As

primeiras EIS’s estão marcadas a azul, as segundas EIS’s estão marcadas a laranja. .........................32

Figura 31: (a) Módulo da impedância da EIS de 4 mmol/L de KCl com mais uma década de

frequência. (b) Fase da impedância da EIS de 4 mmol/L de KCl com mais uma década de

frequência. (gráficos elaborado através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus) ...........34

Figura 32: Diagrama complexo da impedância da EIS de 4 mmol/L de KCl com mais uma década de

frequência. (gráfico elaborado através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm) ...........................................35

xiv

Figura 33: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s realizadas. (b) Fase das impedâncias das EIS’s

realizadas. 000KCl é água destilada; 001KCl é 1mmol/L de KCl; 002KCl é 2mmol/L de KCl; 003KCl

é 3mmol/L de KCl. (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

..............................................................................................................................................................................36

Figura 34: Diagrama complexo das impedâncias das EIS’s realizadas. 000KCl é água destilada;

001KCl é 1mmol/L de KCl; 002KCl é 2mmol/L de KCl; 003KCl é 3mmol/L de KCl. (gráfico elaborado

através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm)..................................................................................................37

Figura 39: (a) Módulos das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 2 no novo protótipo. (b)

Fases das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 2, realizadas com o novo protótipo. (gráficos

elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus) ..............................................40

Figura 40: (a) Módulos das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 3 no novo protótipo. (b)

Fases das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 3, realizadas com o novo protótipo. (gráficos


Figura 41: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s com diferentes tensões. (b) Fase das impedâncias

das EIS’s com diferentes tensões. (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta

está em graus) ....................................................................................................................................................43

Figura 42: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s com diferentes tensões; primeiras e segundas

tentativas e repetição da EIS divergente no final. (b) Fase das impedâncias das EIS’s com diferentes

tensões; primeiras e segundas tentativas e repetição da EIS divergente no final. (gráficos elaborados

através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus) ...................................................................44

Figura 43: (a) Módulo da Impedância das EIS’s seguidas. (b) Fase da Impedância das EIS’s seguidas.

(c) Diagrama complexo da Impedância das EIS’s seguidas. (gráficos elaborados através do ZView®)

(|Z| está em ohm, theta está em graus, Z’ e Z’’ estão em ohm) ..............................................................46

Figura 44: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s. (b) Fase das impedâncias das EIS’s. (gráficos


Figura 45: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s. (b) Fase das impedâncias das EIS’s. (gráficos


Figura 46: Módulo das impedâncias das EIS’s seguidas. A ordem de tempo da legenda é de cima

para baixo. (gráfico elaborado através do ZView®) (|Z| está em ohm) ...................................................51

xv

Figura 47: Fase das impedâncias das EIS’s seguidas. A ordem de tempo da legenda é de cima para

baixo. (gráfico elaborado através do ZView®) (theta está em graus) .......................................................52

Figura 48: Diagrama complexo das impedâncias das EIS’s seguidas. A ordem de tempo da legenda

é de cima para baixo. (gráfico elaborado através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm) .........................53

Figura 51: Impulso de tensão utilizado nas experiências para o cálculo das constantes de tempo. ..55

Figura 52: Resposta de corrente do IPMC a um impulso de tensão. ........................................................56

Figura 53: Variação de 𝜏1 com o tempo na placa IPMC n.º1. ....................................................................57


Figura 55: Variação de 𝜏1 com o tempo na placa IPMC n.º2. Os picos atingidos a verde podem ser

explicados pelo limite de corrente imposto no aparelho para o salvaguardar de eventuais excessos

de corrente. Anteriormente neste tipo de experiências deu algo semelhante devido ao limite de

corrente imposto pelo aparelho de medida. .................................................................................................58


Figura 57: Comparação dos diagramas de impedância nos dois casos. O caso a seco está traçado a

preto, e o caso estável após imersão está assinalado a vermelho. (gráfico elaborado através do


Figura 58: (a) Diagrama de módulo de impedância com a comparação entre um dos ensaios finais

das primeiras experiências (a vermelho) com uma EIS do IPMC a seco (a preto). (b) Diagrama

de fase de impedância com a comparação entre um dos ensaios finais das primeiras experiências (a

vermelho) com uma EIS do IPMC a seco (a preto). (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está

em ohm, theta está em graus) ........................................................................................................................62

Figura 59: (a) Valores normalizados da resistência sobre o seu valor médio em função da

temperatura. (gráfico proveniente da referência [41]) (b) Valores normalizados da capacidade sobre

o seu valor médio em função da temperatura. (gráfico proveniente da referência [41]) ......................63

Figura 60: Densidade de corrente (current density) em função da tensão (potencial). (gráfico

proveniente da referência [47]) .......................................................................................................................64

xvi

xvii

Lista de Acrónimos

CPE - Constant-Phase Element (Elemento de Constante de Fase)

ECG – Electrocardiograma

EEG – Electroencefalograma

EIS – Electrochemical Impedance Spectroscopy (Espectroscopia de Impedância Electroquímica)

FAD - Flavin Adenine Dinucleotide

IPMC - Ionic Polymer-Metal Composite (Captor Electroactivo Iónico)

LED – Light emitting diodes (Díodos emissores de luz)

NT FET - Carbon Nanotube Field Effect Transistor (transístor de efeito de campo de nanotubos de

carbono)

SWNT - Single Walled Carbon Nanotube (nanotubo de carbono de uma camada)

Z’ – parte real da impedância Z

Z’’ – parte imaginária da impedância Z

xviii

1

1. Introdução

1.1. Bases Introdutórias

Nesta dissertação elabora-se a análise de um captor electroactivo iónico (IPMC, cuja sigla

significa em inglês: ionic polymer metal composite) a servir como sensor. Uma vez que um IPMC

actua alegadamente de forma diferente mediante as cargas positivas presentes no solvente, em

contacto com a sua superfície, é possível a utilização deste componente como sensor

electroquímico.

Inicialmente o título desta dissertação era “Utilização de um Captor Electroactivo Iónico para

Detecção não-invasiva da Hipoglicémia”, contudo o aparecimento dos resultados dos testes

experimentais acabou por levar à mudança do rumo dos trabalhos efectuados. Pretendia-se utilizar

esta capacidade, de funcionamento como sensor de concentrações de soluto do IPMC, para aplicar

esta tecnologia em episódios nocturnos de hipoglicémia. Devido ao curso dos trabalhos levanta-se a

questão da própria fiabilidade e capacidade dos IPMC’s para actuarem como sensores da

concentração do soluto presente num solvente que esteja em contacto com a superfície de um

IPMC.

1.2. Objectivos Iniciais da Dissertação

Os objectivos iniciais desta dissertação com o seu primeiro título “Utilização de um Captor

Electroactivo Iónico (IPMC) para Detecção não-invasiva da Hipoglicémia” são divididos em 4 pontos

de seguida apresentados:

1) Estabelecer uma relação teórica entre a concentração de soluto num IPMC com o sinal de tensão

medido aos seus terminais, quando este é alimentado por uma fonte de corrente. Verificar as

condições para obter uma relação linear entre a tensão e a concentração do soluto.

2) Verificar como é que a presença do suor e a sua composição está relacionada com os sintomas

iniciais de hipoglicémia e como poderá ser detectada por um engenho feito com um IPMC.

3) Identificar outras alterações das funções do corpo que consigam ajudar a detectar a hipoglicémia

duma forma não-invasiva e que sirvam de complemento à aplicação do IPMC como detector desses

episódios. Por exemplo: humidade, batimentos cardíacos, temperatura da pele, movimentos

respiratórios, impedância da pele e pressão arterial.

2

4) Modelar a relação entre grandezas fisiológicas e as condições de hipoglicémia através de

métodos de classificação e de regressão não-linear.

O último ponto (ponto 4) não foi realizado, uma vez que o seguimento dos trabalhos mostrou

o IPMC incapaz de detectar os episódios de hipoglicémia funcionando como sensor do soluto.

1.3. Enquadramento Científico

Os IPMC’s são dispositivos electromecânicos que transformam alegadamente energia

mecânica em energia eléctrica ou vice-versa. Podem ser considerados componentes piezoeléctricos

ou músculos artificiais. A área principal que usa IPMC’s é a engenharia mecânica mas, uma vez que

o estudo aqui aborda a sua componente eléctrica (o modo de trabalho do IPMC como sensor e

análise de sinais eléctricos), é enquadrado na engenharia electrotécnica e de computadores.

No entanto a temática em que se focam os objectivos iniciais, e a consequente pesquisa

bibliográfica inicial, podem enquadrar a engenharia biomédica ou até mesmo a engenharia

bioquímica ligada a aspectos gerais de medicina.

1.4. Estrutura da Dissertação

Esta dissertação divide-se em dois aglomerados de capítulos. O primeiro desses

aglomerados de capítulos (capítulos 2-5) corresponde a “Utilização de um Captor Electroactivo

Iónico (IPMC) para Detecção não-invasiva da Hipoglicémia”. Estas secções estipulam o problema

focado nos objectivos iniciais desta dissertação e abordam a pesquisa feito no âmbito inicial desta

dissertação. O segundo e último aglomerado de capítulo é “Análise da Fiabilidade de um Captor

Electroactivo Iónico (IPMC)” e consiste nos capítulos 7 e 8. Estes dois capítulos estão ligados à parte

experimental da tese assim como à análise das experiências realizadas. De seguida, no capítulo 9,

são apresentadas as conclusões dos estudos realizados no âmbito desta dissertação.

Um outro ponto de divisão desta dissertação é as referências. As referências são

apresentadas no capítulo 10, contudo, devido à potencialidade de trabalhos futuros, são

apresentadas inúmeras referências teóricas e experimentais no capítulo 11 para comparação dos

trabalhos que sejam feitos num futuro próximo acerca dos IPMC’s.

3

Utilização de um Captor Electroactivo Iónico (IPMC) para

Detecção não-invasiva da Hipoglicémia

Os seguintes pontos deste capítulo traduzem o trabalho de pesquisa e a abordagem

científica para a aplicação do IPMC como sensor de episódios de hipoglicémia.

2. Análise do Problema

A hipoglicémia afecta inúmeras pessoas no seu quotidiano. A falta de açúcar é problemática

para o organismo, uma vez que o açúcar é a principal fonte energética do cérebro e dos músculos.

Durante o dia isto pode ser facilmente detectável devido à fraqueza característica que a pessoa

sente, o que permite assim a pessoa evitar uma falta de açúcar severa. No caso de episódios

nocturnos já não é assim porque a pessoa, como está a dormir, não está alerta para esse problema,

o que pode levar o corpo até níveis perigosamente baixos de açúcar que podem meter em causa a

vida. Esses episódios traduzem-se por suores nocturnos, entre outras alterações a nível sanguíneo

ou a nível cerebral. É assim necessária a evolução de aparelhos biomédicos adaptáveis à vida das

pessoas. Focando num problema para ser tratado nesta dissertação, especifica-se que é preciso um

aparelho que detecte esses episódios nocturnos.

A dissertação destina-se a episódios de hipoglicémia, no entanto a base acaba por ser

generalizada a todas as doenças relacionadas com os níveis de glicose no sangue, como por

exemplo a diabetes ou até o oposto da hipoglicémia – hiperglicémia.

A diabetes é uma doença que se está a tornar numa pandemia e a atingir enormes

proporções por todo o mundo. Inúmeros diabéticos devido a tratamentos de insulina têm tendência

a ter níveis baixos de glicose no sangue porque a insulina, por vezes, tem um maior efeito que o

desejado e transforma um problema de excesso de açúcar num problema de falta de açúcar.

4

5

3. Métodos Existentes de Detecção Não-Invasiva

3.1.Tecnologias

3.1.1. Medição da Glicose pelo Metabolismo Corporal

Este método toma por base a relação do metabolismo do corpo com os níveis de glicose no

sangue. Ou seja o aumento dos níveis de glicose levam a um maior metabolismo. Usando quatro

variáveis (calor produzido, hemoglobina, oxiemoglobina e fluxo sanguíneo) é possível prever o

metabolismo do corpo e consequentemente o seu nível de glicose no sangue [2].

Este método foi comprovado experimentalmente através dum protótipo realizado para esta

experiência (figura 2). A experiência teve uma amostra de 35 pessoas (das quais 29 eram diabéticas

e 9 eram saudáveis). Os dados foram comparados com os níveis de glicose medidos por via invasiva,

obtendo-se os resultados ilustrados pela figura 1.

Figura 1: Resultados experimentais da leitura de níveis de glicose no sangue por via não-

invasiva através do cálculo do metabolismo corporal com a sua comparação com os níveis

obtidos por via invasiva. Em que n é o número de medidas (equivalente ao número de

pessoas), c é o nível de glicose no sangue (C* é o caso por via não-invasiva, C é o caso por via

invasiva) e r é o coeficiente de correlação. (gráfico proveniente da referência [2])

6

Figura 2: Protótipo realizado para a verificação experimental efectuada. (Tradução: Finger –

Dedo, Thermistor –Termístor, Photodiode – Fotodíodo, Lens – Lente, Thermopile – Pilha

Fotoeléctrica, Light Emitting Diodes – LED’s, Optical Fibers – Fibras Ópticas, Cover -

Cobertura) (imagem proveniente da referência [2])

3.1.2. Iontoforese Inversa

A Iontoforese inversa é um processo que permite, através da utilização duma corrente

eléctrica, uma extracção de uma determinada substância através da pele. Mais especificamente

permite o transporte de substâncias da derme da pele (parte da pele que está em contacto com

vasos sanguíneos) para a superfície da pele (epiderme). No entanto, para este efeito também é

necessária a utilização de determinados químicos para provocar esse transporte. Essa substância

química separa o composto que se quer extrair, pois só é possível ocorrer esta passagem se esta for

feita por iões positivos ou negativos. [3] A figura 3 ilustra o funcionamento deste método.

A palavra iontoforese é geralmente utilizada para descrever a introdução de químicos

através da pele aplicando uma corrente eléctrica. Nesta aplicação o processo é utilizar este mesmo

processo, mas, em vez de ser para introduzir substâncias, é para extraí-las. Ou seja: é o inverso de

iontoforese, daí se chamar iontoforese inversa apesar do termo iontoforese acabar por englobar

também a iontoforese inversa.

Neste caso é assim possível extrair glicose da derme, que está relacionada com o nível de

glicose no sangue, para a superfície da pele. Isto permite saber o nível de glicose no sangue,

podendo prevenir ou detectar episódios de hipoglicémia ou de hiperglicémia.

7

Figura 3: Esquema representativo da iontoforese inversa. A definição de substância negativa

ou positiva está relacionada com o eléctrodo que pode estar com carga negativa (atraindo

iões positivos) ou com carga negativa (atraindo iões positivos), a outra substância usada

(número 3 na figura) serve para fazer com que o composto que se pretende extrair possa ser

separado em iões positivos e negativos para que seja possível a sua passagem pela pele.

(Tradução: skin – pele, ionic circuit – circuito iónico, electric circuit – circuito eléctrico, drug –

substância química, Cathode – Cátodo, Anode – Ânodo, Power Supply – Fonte de

alimentação) (imagem proveniente da referência [3])

No entanto, apesar de tudo, este processo mencionado apenas extrai o composto que se

pretende e não atribui a essa amostra extraída um valor. É nesta componente que a utilização de

sensores é fulcral para a função que se pretende com este método electroquímico.

Um tipo de sensores que se destacam são os nanotubos de carbono. Os nanotubos de

carbono foram descobertos em 1991 [4] e a sua utilização ainda hoje se desenvolve. Estes

nanotubos facilitam o transporte de electrões do peróxido de oxigénio, o que faz com que possam

ser usados em biosensores amperimétricos associados à glicose, porque o peróxido é o produto de

reacções enzimáticas que ocorrem com a oxidação da glicose. [7]

8

Para servir de exemplo, mostra-se de seguida o conjunto de reacções envolvidas num

processo desta aplicação como sensor. Neste caso utilizamos a enzima glicose oxidase (GOx)

juntamente com a co-enzima FAD (flavin adenine dinucleotide): [7] [8] [9] [10]

𝐺𝑂𝑥 − 𝐹𝐴𝐷𝐻2 + 𝑂2 → 𝐺𝑂𝑥 − 𝐹𝐴𝐷 + 𝐻2𝑂2

𝐻2𝑂2 → 𝑂2 + 2𝐻+ + 2𝑒−

𝐶6𝐻12𝑂6 + 𝐺𝑂𝑥 − 𝐹𝐴𝐷 → 𝐶6𝐻10𝑂6 + 𝐺𝑂𝑥 − 𝐹𝐴𝐷𝐻2

𝐻2𝑂2 – peróxido de hidrogénio

𝐶6𝐻12𝑂6 - glicose

𝐶6𝐻10𝑂6 – gulono-lactone

(o oxigénio, que é mencionado nestas reacções químicas transcritas, encontra-se presente nos

eléctrodos usados para o funcionamento do sensor)

Os nanotubos de carbono são importantes nesta temática porque não só constituem um

sensor para a iontoforese inversa como um sensor que pode detectar valores da glicose através

doutros métodos e doutras vias.

Um dispositivo que foi inventado com os nanotubos de carbono foi o NT FET (carbon

nanotube field effect transistor) que permite medir os níveis de glicose na saliva, o que era

dificilmente medível, porque as concentrações de glicose na saliva são sempre muito baixas, mas

estão associadas aos níveis de glicose no sangue. [5]

O SWNT (single walled carbon nanotube) por sua vez é um nanotubo de carbono que permite

detectar o lactato no suor em contacto com a pele, o que acaba por ser o nanotubo mais

relacionado com o tema desta dissertação. Este nanotubo não só consegue detectar concentrações

de lactato, relacionados com o nível de glicose no sangue, como até pode ser aplicado como

medidor de ph. No entanto para cada uma destas funções o SWNT deve ser alterado a nível

molecular para que essa detecção seja possível. [6]

3.1.3. Espectroscopias

Esta secção serve como compêndio de forma abrangente das diferentes espectroscopias.

Menciona-se espectroscopia como a utilização da análise de espectros de sinais sejam estes

sonoros, eléctricos ou ópticos.

A espectroscopia de absorção baseia-se no princípio que cada molécula absorve

determinados picos de ondas infravermelhas associados a essa molécula. Existe assim uma

emissão de ondas infravermelhas num dado local da pele e, através da absorção dessa região, pode

atribuir-se um valor duma concentração molecular através da amplitude absorvida da onda

9

incidente. Cada molécula tem inúmeros picos que podem coincidir com outros picos de outras

moléculas. Um dos picos escolhidos para a glicose é um pico associado ao comprimento de onda de

9,7 µm, uma vez que apresenta menos alterações face às concentrações doutras moléculas. [12]

[18] Existem no entanto problemas neste método porque as concentrações de glicose no sangue

são relativamente pequenas obrigando a que haja uma maior sensibilidade por parte dos sensores.

Além disso, o corpo humano é composto maioritariamente por água. A água absorve a radiação

infravermelha, aumentando assim a complexidade do sensor face ao rigor da medição. [18]

A espectroscopia foto-acústica é a aplicação em que se incide, numa amostra, uma radiação

óptica que faz com que exista depois um relaxamento termo-elástico da amostra. Esse

relaxamento/expansão produz uma onda acústica. Essa onda acústica depende da amostra e dos

seus constituintes, o que permite assim um método de medição através da análise de espectro

dessa onda sonora. [12] [14]

A espectroscopia Raman baseia-se noutro princípio. A glicose quando é iluminada acaba por

reflectir fotões designados como fotões Raman. A ideia desta espectroscopia é aproveitar essa

característica da glicose, de forma a medir o número de fotões Raman pelo seu comprimento de

onda, dando assim o valor da concentração de glicose no sangue. Um dos problemas desta

tecnologia é que as próprias hemácias (globos vermelhos) também são responsáveis pela emissão

desse tipo de fotões, o que acaba por originar erros nas medições, no entanto há métodos

probabilísticos que fiabilizam esta tecnologia. [12] [15]

Uma outra forma de espectroscopia é utilizar a pele como parte dum circuito eléctrico,

havendo assim uma impedância que se altera com os valores de glicose no sangue, embora esta

grandeza seja alterada por outros inúmeros factores. Na verdade, a glicose não altera a impedância

directamente mas as suas alterações na concentração sanguínea estão associadas a mudanças que

alteram a impedância da pele. [12] [13] A espectroscopia aqui aplica-se devido à análise dos sinais

eléctricos intervenientes no circuito. No entanto também é possível efectuar este processo em DC

em vez de AC. [13]

3.1.4. Sonoforese

Um de outros métodos disponíveis para detecção de forma não-invasiva é a sonoforese. A

sonoforese é um processo que usa ondas sonoras, nomeadamente ultra-sons, para aumentar a

permeabilidade da pele a uma dada substância. Essa passagem tanto pode ser do exterior para o

interior da pele, como o oposto. [16]

Os ultra-sons podem tornar a pele permeável tanto à glicose como à insulina. Desta forma é

possível, através da colocação de insulina em contacto com a pele, que essa insulina passe para o

organismo, sendo também possível que a glicose se espalhe até à superfície da pele, podendo

10

nessa altura entrar em contacto com um sensor. Este processo é idêntico à iontoforese mas, em vez

da utilização de correntes eléctricas, utiliza os ultra-sons. [12] [17]

3.1.5. Acetona Expirada

Uma outra forma também não-invasiva de detecção dos níveis de glicose no sangue é

através da medição dos valores de acetona presentes no ar expirado pelo diabético. [52] [53] Um

dos problemas inerentes a esta tecnologia é o facto da acetona não ser um sintoma exclusivo de

alterações dos níveis de glicose no sangue, o que tira fiabilidade a este método. [53] A tecnologia é

dependente dos níveis baixos de acetona presentes no ar expirado. No entanto, como se pode ver

através da referência [51], existe actualmente esforço de investigação para que seja possível medir

a acetona com boa precisão em espectroscopias gasosas com amostras do ar expirado. O facto de

se trabalhar em poucas quantidades leva também a que seja precisa, como no caso da referência

[54], a investigação de modelos matemáticos para a optimização do rigor na leitura dos níveis de

acetona no ar com as amostras retiradas pelos aparelhos que fazem essas medições.

3.2. Aparelhos

Nesta secção vão ser especificados alguns aparelhos que servem para medir os níveis de

glicose no sangue de forma não invasiva. Não se vão falar de todos os que já existem porque esta

área tem sido muito desenvolvida recentemente. Só para se ter uma noção, desde o início deste

século já foram publicados mais que 50.000 artigos sobre a monotorização dos níveis de glicose no

sangue [30]. A monitorização constante aumenta a necessidade para que as medições sejam feitas

da forma menos invasiva possível, para ser possível obter mais dados sobre os pacientes sem que

estes saiam prejudicados com as desvantagens dos métodos invasivos. Existem casos também em

que a informação não está rigorosamente disponível publicamente. Creio que isso poderá ser por

causa do efeito competitivo das empresas de investigação envolvidas na pesquisa científica desta

área. Para uma eventual consulta mais aprofundada sobre aparelhos aconselha-se a leitura das

referências [38] e [40].

11

3.2.1. GlucoWatch®

Figura 4: Fotografia do aparelho GlucoWatch®. (imagem proveniente da referência [20])

Nenhum aparelho causou tanto impacto neste campo quanto este. O GlucoWatch® (figura

4) foi provavelmente o primeiro aparelho de detecção da glicose sanguínea de forma não-invasiva a

ser posto em prática em grande escala. [3] Este aparelho é abordado por inúmeros artigos

científicos como por exemplo o artigo [3] e o artigo [4] das referências. A Food and Drugs

Administration estadunidense, que é a autoridade alimentar e médica dos Estados Unidos da

América, aprovou este aparelho para comercialização mas só exclusivamente com receita médica.

[20] Este aparelho utiliza o processo de iontoforese para detectar os níveis de glicose no sangue, no

entanto a sua utilização causa inúmeros problemas a nível de irritação de pele cujo aviso se

encontra no panfleto das informações do aparelho. [20] [4] Além disso o aparelho precisa de 2 a 3

horas para ligar e é necessário uma picada no dedo para calibrar o aparelho. [3] A nível da sua

utilização, não é fiável ao ponto de se admitir os valores de glicose como verdadeiros sem que haja

a confirmação por uma amostra de sangue. Isso implica que não se pode admitir que uma pessoa

com valores normais mostrados pelo aparelho não esteja a ter um ataque de hipoglicémia ou

hiperglicémia. De igual modo não se pode usar o aparelho para calcular a dose de insulina que o

paciente precise no caso dos diabéticos que cumpram esse tratamento. [20] Existe um estudo que

menciona a sua ineficácia a detectar episódios de hipoglicémia no caso de crianças e adolescentes.

[19] No entanto a própria informação oficial da Food and Drugs Administration acerca do aparelho

afirma que não deve ser utilizado sozinho para detectar quer episódios de hipoglicémia quer

episódios de hiperglicémia porque existe o risco de tais episódios não serem detectados pelo

GlucoWatch®. [20]

O aparelho precisa de algumas picadas no dedo para a calibração e a iontoforese, que é a

tecnologia usada por este aparelho, não é considerada uma forma absolutamente não-invasiva pois

precisa de tornar a pele permeável para a extracção de compostos químicos do interior do

organismo. Devido a isto há vários investigadores que não consideram o GlucoWatch® nem a

tecnologia de iontoforese como não-invasiva optando por considerá-la como minimamente-invasiva.

Isto é mencionado em inúmeros artigos científicos como por exemplo as referências [27] , [28] e

[29].

12

3.2.2. Night Sense®

Figura 5: Fotografia do aparelho Night Sense®. (imagem consultada a 15 de Janeiro de 2016

proveniente do site:

http://www.madeinisrael.com/selectedProduct.aspx?ProductId=525&CategoryId=37&subCa

tegoryName=Medical&ProductName=A-non-invasive-sleep-hypoglycemia-alert-system)

O Night Sense® (figura 5) é certamente dos aparelhos mais relacionado com os objectivos

desta tese. Este dispositivo está especialmente focado em detecção de episódios de hipoglicémia

nocturna. Para isto utiliza inúmeros sensores para medir: a temperatura da pele, a produção de

suor, a pulsação e até mesmo os movimentos e os tremores do seu utilizador. O algoritmo do

programa é reajustável a cada paciente através de modelos gerais ou mesmo a cada paciente

específico. [26]

3.2.3. GlucoTrack™

Figura 6: Fotografia do aparelho GlucoTrack™. (imagem consultada a 9 de Março de 2017

proveniente do site: http://www.glucotrack.com/)

13

O GlucoTrack™ (figura 6) é um aparelho não-invasivo desenvolvido pela integrity applications

e é utilizado com um sensor que se coloca na orelha. O GlucoTrack® recorre a várias tecnologias

com vista a poder estabelecer um modelo que, com todas as suas variáveis, preveja o nível de

glicose no sangue com o menor erro possível. Utiliza as tecnologias de ultrassom, electromagnética

e termal. [31] [32]

Adicionalmente pode transmitir-se também que este aparelho precisa de ser calibrado de

seis em seis meses. [31]

3.2.4. PENDRA®

Figura 7: Fotografia do aparelho PENDRA®. (imagem consultada a 7 de Março de 2017

proveniente do site: http://www.diabetesforums.com/forum/topic/13583-navigator-update/)

O PENDRA® (figura 7) é um dos aparelhos que recorre à propriedade condutora da pele.

Este aparelho aplica um ligeiro sinal na pele e através de espectroscopias de impedância tenta

detectar a presença de glicose no organismo. [33] [34]

A glicose em si não altera directamente as propriedades dieléctricas da pele na gama de

frequências do PENDRA® (1 a 200 MHz), contudo permite que haja alterações nomeadamente no

sódio e no potássio que provocam ligeiras mudanças da condutividade. [33]

Um problema apresentado à utilização deste aparelho é que não pode ser utilizado por

qualquer pessoa porque o correcto funcionamento depende do tipo de pele. [33]

14

3.2.5. GlucoWise™

Figura 8: Fotografia do aparelho GlucoWise™. (imagem consultada a 7 de Março de 2017

proveniente do site: http://www.gluco-wise.com/)

O GlucoWise™ (figura 8) pode ser aplicado num dedo ou numa orelha. Este aparelho emite

um ultra-som que trespassa o corpo e com a utilização dum receptor poderá estar apto para medir

os níveis de glicose no sangue. [35] Este aparelho ainda se encontra em desenvolvimento e em

testes clínicos estimando-se a sua disponibilidade só para finais de 2018. [35]

3.2.6. Shymphony®

Figura 9: Fotografia do aparelho Symphony®. (imagem consultada a 7 de Março de 2017

proveniente do site: http://www.huffingtonpost.com/gregory-weinkauf/glucose-

monitoring_b_1503881.html)

O Symphony® (figura 9) é um sensor projectado para a medição da glicose através da

permeabilidade da pele. A sua utilização exige a colocação dum sensor com um hidrogel em

contacto com a pele. [34][36] O sensor tem como objectivo a medição da glicose mas este encontra-

se fora da pele, daí a importância de ter que existir um hidrogel que extraia alguma glicose para o

exterior do organismo. [36]

15

4. Objecto de Investigação

Uma nova forma de medição dos níveis de glicose no sangue, para detectar episódios de

hipoglicémia de forma não-invasiva, é o tema de investigação desta dissertação. O método consiste

na utilização de IPMC’s (Ionic Polymer-Metal Composites) com vista a que as variações iónicas

presentes no suor permitam detectar anomalias relacionadas com os níveis de glicose no sangue,

através da variação das grandezas eléctricas do IPMC’s. O orientador desta tese teve conhecimento

de que o suor durante episódios de hipoglicémia é caracterizado por um odor específico. Ou seja,

deveria haver algum constituinte do suor que se alterava. Essa alteração podia ser detectada pelos

IPMC’s. Em primeira análise foi necessário saber qual a substância responsável por essa alteração

no suor devido aos níveis de glicose no sangue. A substância em causa é o lactato. O lactato é uma

substância resultante da glicólise do açúcar. [11] A glicólise do açúcar está esquematizada na figura

10.

Figura 10: Esquema da glicólise da glicose que tem como produto final o Lactato. (Tradução:

Glucose – Glicose, Lactate - Lactato) (esquema proveniente da referência [11])

16

Uma vez que a utilização de apenas uma variável pode não ser coerentemente utilizada,

pode haver a necessidade de colocar outros sinais biomédicos que ajudem a detectar um episódio

de hipoglicémia. Citando-se de seguida alguns exemplos:

• Tensão arterial (episódios de hipoglicémia provocam o aumento da tensão arterial [24] )

• EEG (durante um ataque de hipoglicémia nocturno o EEG tem sinais de maior amplitude e

de menor frequência [21] ) [39]

• Concentração de potássio (os trabalhos já efectuados com IPMC’s usam os iões positivos

como transporte de cargas [22] [23], e uma vez que existe informação de que pode haver no

suor uma co-relação entre os níveis do potássio e os níveis do lactato [1], poderá ser de

interesse a medição desta variável)

• Pulsação (a hipoglicémia provoca alterações nos batimentos cardíacos como por exemplo a

actividade ectópica e a taquicardia ventricular [25] )

No entanto o objectivo é fazer o aparelho com o mínimo de variáveis possível, evitando deste

modo um aumento da complexidade do aparelho para que este não fique nem pesado, nem

demasiado dispendioso, nem incómodo para o utilizador.

17

5. Aparelho proposto

O aparelho sugerido considerando os objectivos da tese é um aparelho que em episódios

nocturnos de hipoglicémia, caracterizados por suores excessivos, meça os níveis de lactato no suor.

Esta substância tem uma relação com os níveis de açúcar no sangue.

O aparelho pretendido, para medir os níveis de glicose no sangue através da medição dos

valores de lactato no suor, tem que ser colocado assim junto à pele de forma a que em contacto

com o suor dê para obter esses valores correctamente. Deste modo é preciso saber em que sítio

colocar o sensor ou, mais concretamente, o IPMC. A figura 11 mostra as posições escolhidas no

corpo humano para efectuar a medição.

Figura 11: Imagem anatómica do corpo humano com os locais numerados para a colocação

do sensor de hipoglicémia proposto. (imagem editada tendo tido por base uma imagem

consultada a 15 de Janeiro de 2016 proveniente do site:

http://fazendoaminhafestacolorir.blogspot.pt/2012/05/corpo-humano-imagens-para-

colorir.html)

A numeração da figura trata os locais por ordem de numeração igual à ordem de discussão

sobre a localização do aparelho. No pulso (região 1) seria um bom local uma vez que se possui não

só a medição de suor como a própria pulsação, devido à sua proximidade com os vasos sanguíneos.

Contudo existe um problema. Nesta região a quantidade de suor não é abundante o suficiente para

haver de facto uma alteração visível e, deste modo, foi necessário repensar na solução. Este local

seria ideal para colocar uma simples pulseira com o aparelho. Para conseguir um local com mais

suor pensou-se então usar o aparelho no mesmo formato de pulseira na região 2. Nesta zona existe

mais suor mas depressa se deparou com outro problema. Esta zona tem muitos mais pêlos e estes

18

podem dificultar a leitura do sensor. Pensou-se então na fossa cubital (região 3). Esta zona tem as

duas vantagens juntas das duas regiões anteriores, no entanto esta zona não seria muito cómoda

para um utilizador desse aparelho e a forma do aparelho (pulseira ou equivalente) também não ia

ajudar, uma vez que o movimento dos braços durante o sono facilmente permitia ao aparelho sair

do seu sítio, o que desta forma afectaria a sua função. As axilas (região 4) têm a vantagem de ser

uma opção mais segura a nível de movimento mas apresenta problemas semelhantes aos da

implementação dum dispositivo na fossa cubital ainda com a atenuante de poder ter pêlos que

dificultem a leitura do sensor. Uma solução que foi desta forma descartada facilmente. Na testa

(região 5) existe uma quantidade abundante de suor durante a transpiração e não existem pêlos

para prejudicar a leitura dos sensores. Além disso o local é claramente o indicado porque, além da

leitura dos valores dos compostos iónicos do suor, pode-se medir facilmente a pulsação e até

mesmo os sinais do EEG que revelam também ser úteis para averiguar o estado de saúde do

paciente. Analisando posteriormente os dados dos compostos iónicos do suor pode-se ver também

que é esta a zona onde a concentração de iões é maior [1]. Desta forma não só se tem uma maior

quantidade de amostra como uma maior quantidade de iões.

19

6. Tecnologia dos IPMC

Os IPMC são dispositivos electromecânicos utilizados maioritariamente na robótica. São

constituídos por um polímero que é precipitado por um metal de forma a deixar dendritos para

permitir entrada e a saída de cargas. Habitualmente o polímero é fabricado de forma a que um ião

negativo, que costuma ser usualmente SO3-, permita o transporte único e exclusivo de cargas

positivas pelo interior do IPMC. Essa deslocação de cargas por sua vez origina um campo eléctrico

presente no interior do IPMC, o qual dá origem a uma força eléctrica que faz com que o IPMC se

curve. Essa propriedade é comutativa, ou seja, tanto se pode utilizar um transporte de cargas que

provoque uma força (modo motor) como uma força que provoque transporte de cargas (modo

sensor). Devido a esta propriedade o IPMC pode ser usado tanto como sensor de força como

músculo robótico.

Uma vez que as cargas de polaridade oposta à dos iões dopados no fabrico do IPMC

dependem do electrólito usado é possível também utilizar o IPMC para medir concentrações de iões

desde que as suas condições mecânicas permaneçam iguais pois, como foi dito, as forças aplicadas

provocam alterações no transporte de cargas. [23]

20

21

Análise da Fiabilidade de um Captor Electroactivo Iónico

(IPMC)

Os testes experimentais levaram à mudança do título da tese para “Análise da Fiabilidade

de um Captor Electroactivo Iónico”. A seguinte secção traduz o progresso experimental desde o

início dos trabalhos, no âmbito desta dissertação, até ao seu resultado final.

7. Testes Experimentais

Nesta secção estarão algumas das experiências realizadas ao longo do desenvolvimento

desta dissertação de mestrado assim como os resultados obtidos.

7.1. Efeito da Concentração na Impedância

A primeira meta experimental consistiu em estipular as alterações na impedância do IPMC

face à concentração de iões. Optou-se por dar a prioridade para o cloreto de potássio dentre os

constituintes do suor, uma vez que já havia dados com a utilização do cloreto de sódio na

dissertação da referência [23].

7.1.1. Experiências Iniciais

A realização dos primeiros protótipos mostrou logo ao início a dificuldade da estabilidade e

do rigor do IPMC perante a montagem que era feita e perante os aparelhos utilizados, já que, sendo

as experiências feitas num laboratório de máquinas eléctricas, a tendência é que os aparelhos

estejam aptos a lidar com tensões e correntes em ordens de grandeza superiores àquelas que

estavam a ser medidas.

Logo na primeira tentativa (montagem da figura 12), ao fim dum certo tempo ocorreu um

problema. Uma vez que, ao contrário doutros trabalhos anteriores (referências [22] e [23]), se utiliza

água em vez de propileno tornou-se óbvio que os contactos precisavam de ser diferentes para que

não se contaminasse a amostra com ferrugem como se pode ver na figura 13.

22

Figura 12: Montagem do IPMC utilizada.

Figura 13: Montagem do IPMC no final da experiência com a solução aquosa contaminada

com ferrugem.

Numa segunda fase, perante este problema, optou-se por separar o IPMC numa parte que

seria imersa de outra que ficaria com os contactos fora de água.

23

Figura 14: Fotografia da segunda montagem realizada.

Figura 15: Fotografia da segunda montagem realizada focada no IPMC.

Nesta montagem mostrada pelas figuras 14 e 15, uma vez que o IPMC é também um

dispositivo electromecânico, havia o problema de que estando o IPMC dobrado isso iria interferir

com a resposta do sinal. Esse problema levou à terceira montagem.

Na terceira montagem (figuras 16 e 17) como a tendência do plástico e da madeira é flutuar

na água, foi preciso usar uma pinça de madeira para fixar a base do copo da solução aquosa e um

contra-peso. Isto foi necessário para impedir que o suporte de madeira do IPMC o fizesse sair do

frasco onde estava depositada a solução aquosa.

24

Figura 16: Fotografia da terceira montagem.

Figura 17: Fotografia da terceira montagem focada no IPMC.

Como o IPMC tinha tendência sempre a inclinar-se para um dos lados era preciso fixá-lo de

forma mais compacta. Posto esse objectivo realizou-se um quarto protótipo que é aqui ilustrado

pelas figuras 18 e 19.

Figura 18: Fotografia da quarta montagem.

25

Figura 19: Fotografia da quarta montagem focada no IPMC.

Neste quarto protótipo levantaram-se alguns problemas. O encapsulamento não fazia

pressão suficiente ao ponto de meter o IPMC imóvel face à água que o rodeava. No entanto não

havia certezas de que era devido a isso que os resultados não estavam plausíveis. Por essa razão,

optou-se o deslocamento dos trabalhados para um laboratório de electroquímica para estipular a

variação da impedância com a concentração de soluto.

7.1.2. Espectroscopias de Impedância Electroquímica

Primeiramente o primeiro composto iónico a analisar foi o cloreto de potássio (KCl).

A ideia do tipo de espectroscopia de impedância electroquímica (EIS) aqui utilizada é impôr,

através do aparelho, um sinal de tensão sinusoidal com uma dada amplitude a uma dada

frequência e medir a corrente com o intuito de calcular a impedância. Através da variação da

frequência realizada pelo aparelho teremos um gráfico que dará um diagrama da impedância, tanto

em módulo como em fase. A EIS é assim uma resposta em frequência duma dada carga que neste

caso é o IPMC dopado com as amostras de diferentes concentrações de KCl.

26

Figura 20: Bancada onde se fez a montagem do IPMC para as EIS’s.

Figura 21: Montagem ampliada do IPMC no início de cada EIS.

A bancada utilizada, ilustrada pela figura 20, consiste num computador para processamento

dos dados ligado a um aparelho que implementa diferentes procedimentos, para recolha de dados

electroquímicos, e uma gaiola de Faraday para que as montagens em estudo não sejam afectadas

por perturbações electromagnéticas exteriores. No interior da gaiola de Faraday é colocada a

montagem do IPMC (figura 21). As ligações do aparelho à montagem devem estar ligadas de modo

a que não haja ligações entre os dois terminais, para evitar curto-circuitos. A colocação do pano

branco serve dessa forma para evitar contactos directos do metal da estrutura com os contactos das

ligações do IPMC.

27

Para efeitos de nomenclatura dos nomes dos ficheiros, as concentrações foram

denominadas: 1 mM de KCl como 001KCl, 2 mM de KCl como 002KCl, 3 mM de KCl como 003KCl,

4 mM de KCl como 004KCl, e 5 mM de KCl como 005KCl.

(a)

(b)

Figura 22: (a) Gráfico do módulo da impedância das primeiras EIS’s realizadas. (gráfico

elaborado através do ZView®) (b) Gráfico da fase da impedância das primeiras EIS’s

realizadas. (gráfico elaborado através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|

001KCL_1.dta

002KCL_1.dta

003KCL_1.dta

004KCL_1.dta

005KCL_1.dta

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta

001KCL_1.dta

002KCL_1.dta

003KCL_1.dta

004KCL_1.dta

005KCL_1.dta

28

(a)

(b)

Figura 23: (a) Gráfico do módulo da impedância das segundas EIS’s realizadas. (gráfico

elaborado através do ZView®) (b) Gráfico da fase da impedância das segundas EIS’s

realizadas. (gráfico feito através com recurso ao ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em

graus)

10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

Frequency (Hz)

|Z

|

000KCL_2.dta

001KCL_2.dta

002KCL_2.dta

003KCL_2.dta

004KCL_2.dta

005KCL_2.dta

10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta

000KCL_2.dta

001KCL_2.dta

002KCL_2.dta

003KCL_2.dta

004KCL_2.dta

005KCL_2.dta

29

Pode-se optar por ver as EIS’s mencionadas na forma de diagrama complexo em que Z’ é a

parte real da impedância e Z’’ é a parte imaginária da impedância.

Figura 24: Representação das EIS’s da figura 22 no plano complexo. (gráfico elaborado

através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm)

Figura 25: Representação das EIS’s da figura 23 no plano complexo. (gráfico elaborado

através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm)

0 500 1000 1500 2000

-1500

-1000

-500

0

500

Z'

Z''

001KCL_1.dta

002KCL_1.dta

003KCL_1.dta

004KCL_1.dta

005KCL_1.dta

0 100 200 300 400

-300

-200

-100

0

100

Z'

Z''

000KCL_2.dta

001KCL_2.dta

002KCL_2.dta

003KCL_2.dta

004KCL_2.dta

005KCL_2.dta

30

Pela comparação de ambas as espectroscopias de impedância electroquímica (EIS’s) das

figuras 22 e 24 com as figuras 23 e 25 e, tendo em conta que a segunda tem menos gama de

frequência que a primeira, nota-se que com o aumento da concentração de soluto existe um

aumento da resistência até um dado ponto e um aumento da capacidade entre todas as amostras

de diferentes concentrações. A figura 24 apresenta diferenças maiores entre a utilização das

diferentes concentrações pois esse tem mais uma década no domínio da frequência.

O circuito equivalente utilizado, para o cálculo dos parâmetros da impedância que mudavam

com a concentração, foi o que é representado pela figura 26.

Figura 26: Esquema equivalente para o cálculo das resistências e capacidades que variam ao

longo dos ensaios. (realizado com o auxílio do ZView®)

Um CPE (constant-phase element ou, em português, elemento de constante de fase) é um

elemento fictício que se aplica usualmente em circuitos eléctricos de impedância. [37] Isto acontece

porque um elemento nem sempre é idêntico consoante a frequência usada. Um dispositivo que

pode ser uma resistência numa dada frequência pode ser uma capacidade noutra frequência. A

equação 1 traduz a impedância deste elemento fictício.

𝑍(𝑗𝜔) = 1

𝑄(𝑗𝜔)𝑛 (1)

No caso do programa utilizado (Zview®) para calcular os valores das componentes do CPE: o

parâmetro T é a variável Q descrita pela equação da impedância e o parâmetro P é o expoente n.

Um CPE tanto pode ser uma resistência (n = 0), como um condensador (n = 1), como uma

bobine (n = -1). Uma vez que um CPE tanto pode significar uma resistência, como uma bobine, como

um condensador ou como nenhum deles não se pode atribuir uma unidade de grandeza fixa. [37]

O valor da resistência R2 é muito grande e com erros consideráveis, o que aproxima o

circuito equivalente a apenas a resistência e o CPE como elementos das variáveis de interesse para

análise comparativa.

Os resultados calculados através do Zview® estão representados nas figuras 27, 28 e 29.

R1 CPE1

R2

Element Freedom Value Error Error %R1 Free(+) 40,8 0,16923 0,41478CPE1-T Free(+) 0,0062602 3,8335E-05 0,61236CPE1-P Free(+) 0,8102 0,0035253 0,43511R2 Free(+) 31169 11179 35,866

Chi-Squared: 0,0060539Weighted Sum of Squares: 0,35112

Data File: E:\IPMC\001KCL_1.dtaCircuit Model File:Mode: Run Fitting / Freq. Range (0,001 - 1000000)Maximum Iterations: 100Optimization Iterations: 0Type of Fitting: ComplexType of Weighting: Calc-Modulus

31

Figura 27: Representação gráfica da variação do parâmetro R1 de cada EIS. As primeiras

EIS’s estão marcadas a azul, as segundas EIS’s estão marcadas a laranja.

Figura 28: Representação gráfica da variação do parâmetro T do elemento CPE de cada EIS.

As primeiras EIS’s estão marcadas a azul, as segundas EIS’s estão marcadas a laranja.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006

Val

or

da

Res

istê

nci

a R

1 \

Ω

Concentração de KCl \ mol/L

Comparação do Valor da Resistência

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006


Comparação dos valores de CPE-T

32

Figura 29: Representação gráfica da variação do parâmetro P do elemento CPE de cada EIS.

As primeiras EIS’s estão marcadas a azul, as segundas EIS’s estão marcadas a laranja.

Por observação das figuras 27, 28 e 29 não existe um padrão inequívoco, embora seja

possível observar certos conceitos. Pode-se ver que o expoente CPE-P por vezes fica com valores

perto de um (superiores a 0,8), pelo que é possível aproximar o CPE a um condensador nesses

casos.

7.2. Problemas de Estabilidade

Relativamente ao problema citado nas experiências iniciais da falta de estabilidade do

IPMC, face a movimentações não pretendidas, esta montagem continuava a apresentar alguns

problemas.

0.7

0.72

0.74

0.76

0.78

0.8

0.82

0.84

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006


Comparação dos valores de CPE-P

33

(a)

(b)

Figura 30: (a) Aspecto inicial do IPMC antes das experiências das EIS’s. (b) Aspecto final do

IPMC nas experiências das EIS’s.

Como se vê na figura 30, o IPMC está ligeiramente curvado face à posição inicial em que foi

colocado na montagem para a medição das EIS’s. Isto alertava para a dificuldade ainda não

resolvida dos esforços mecânicos que ocorriam no interior do IPMC. Como diz o seminário da

referência [22]: para o IPMC funcionar como modo sensor é preciso que esteja estático e sem

variações na sua estrutura.

34

Esse efeito podia ser a explicação das diferenças ligeiras notadas, nos gráficos dos

parâmetros do circuito equivalente do IPMC, nestas experiências. Devido a isso era imperativo

arranjar uma forma de minimizar este problema. E são as estratégias utilizadas para evitar esse

problema que são tratadas nas subsecções desta secção 7.2 (7.2.1, 7.2.2, 7.2.3, 7.2.4).

7.2.1. Aumento da Gama de Frequência

Uma vez que as EIS’s realizadas e relatadas na secção 7.1.2. sugeriam uma melhor leitura,

uma maior distinção, com maiores gamas de frequência, testou-se o aumento da gama de

frequência para tentar obter melhores resultados. Mas tal como se vê nos gráficos das figuras 31 e

32, nomeadamente no da fase, nota-se que em valores inferiores à frequência mínima usada

anteriormente, o aparelho utilizado não é eficaz a traduzir o comportamento do IPMC já que a

curvatura apresenta irregularidades entre as frequências 10-3Hz e 10-2Hz.

(a)

(b)

Figura 31: (a) Módulo da impedância da EIS de 4 mmol/L de KCl com mais uma década de

frequência. (b) Fase da impedância da EIS de 4 mmol/L de KCl com mais uma década de

frequência. (gráficos elaborado através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|

004KCL_largafrequencia.dta

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|


10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta

35

Figura 32: Diagrama complexo da impedância da EIS de 4 mmol/L de KCl com mais uma

década de frequência. (gráfico elaborado através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm)

7.2.2. Utilização da Agarose

Um dos compostos usados de forma comum em electroquímica é a agarose, conhecida

habitualmente por agár-agár. Este composto tem propriedades gelificantes, sendo útil para colocar

água com uma dada concentração no estado sólido não seco. As amostras de agarose

necessitavam de um tempo de preparação muito superior face às amostras habituais. Apesar dos

vários passos desta fase experimental, apenas é de salientar os seus resultados finais expostos nos

gráficos das figuras 33 e 34.

0 2500 5000 7500 10000

-7500

-5000

-2500

0

2500

Z'

Z''


36

(a)

(b)

Figura 33: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s realizadas. (b) Fase das impedâncias das

EIS’s realizadas. 000KCl é água destilada; 001KCl é 1mmol/L de KCl; 002KCl é 2mmol/L de

KCl; 003KCl é 3mmol/L de KCl. (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm,

theta está em graus)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|

000KCL_3.dat

001KCL_3.dat

002KCL_3.dat

003KCL_3.dat

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta

000KCL_3.dat

001KCL_3.dat

002KCL_3.dat

003KCL_3.dat

37

Figura 34: Diagrama complexo das impedâncias das EIS’s realizadas. 000KCl é água

destilada; 001KCl é 1mmol/L de KCl; 002KCl é 2mmol/L de KCl; 003KCl é 3mmol/L de KCl.

(gráfico elaborado através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm)

Os gráficos anteriores, figuras 33 e 34, deram a noção de que a agarose não podia ser

utilizada neste caso particular, uma vez que todos os resultados com as diferentes concentrações

deram aproximadamente a mesma resposta de impedância.

7.2.3. Quantificação das Gotas

Uma outra forma de conseguir uma estabilidade dos ensaios foi estipulando o volume das

gotas através dos conta-gotas da figura 35. O valor não foi sempre o mesmo, mas ao fim de

algumas tentativas impôs-se o valor de 120µL, e esse valor começou a ser fixo a partir desta fase.

Em vez do habitual papel absorvente comum, utilizado para limpeza generalizada, começou-se a

usar papel mata-borrão uma vez que este papel tem muito mais robustez e capacidade de absorção.

Estipularam-se quadrados da mesma espessura com 2 cm de lado, como o que é mostrado na

figura 36, para garantir que a mesma quantidade de água se espalhava pela mesma unidade de

volume de papel.

0 1000 2000 3000 4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

Z'

Z''

000KCL_3.dat

001KCL_3.dat

002KCL_3.dat

003KCL_3.dat

38

Figura 35: Fotografia dos conta-gotas utilizados. O de baixo tem um alcance de 100-1000µL,

o de cima tem um alcance de 10-100µL. Como o erro é menor utilizando o aparelho de cima

(o que tem menos alcance), optou-se por utilizar 2 doses de 60µL.

Figura 36: Fotografia do tipo de quadrado de papel em que foi depositada cada amostra com

o conta-gotas.

7.2.4. Reformulação da Montagem

Como a própria montagem também deixava que o peso da amostra alterasse a disposição

da estrutura do IPMC, essa montagem teve que ser reformulada. Isto porque as alterações da

estrutura do IPMC exercem esforços mecânicos que alteram a resposta do IPMC no domínio da

frequência. Construiu-se assim aqueles que seriam os últimos protótipos dos trabalhos realizados no

âmbito desta dissertação. A estrutura dos protótipos realizados está representada nas figuras 37 e

38.

39

Figura 37: Projecção 2D do protótipo realizado.

Figura 38: Aspecto físico do primeiro protótipo final do IPMC.

Com este novo protótipo foram realizados depois várias EIS’s para estudar o seu

funcionamento. Nesses testes: 0 KCl é água destilada; 1 KCl é 1mmol/L de KCl; 2KCl é 2mmol/L de

KCl; 3KCl é 3mmol/L de KCl; 4KCl é 4mmol/L de KCl; 5KCl é 5mmol/L de KCl. Os resultados estão

expostos nos gráficos da figura 39.

parafusos de material condutor

LEGENDA:

IPMC

placas de cobre

placas de acrílico

40

(a)

(b)

Figura 39: (a) Módulos das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 2 no novo protótipo.

(b) Fases das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 2, realizadas com o novo

protótipo. (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

102

103

104

105

Frequency (Hz)

|Z

|

0KCl_teste2

1KCl_teste2

2KCl_teste2

3KCl_teste2

4KCl_teste2

5KCl_teste2

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

Frequency (Hz)

the

ta

0KCl_teste2

1KCl_teste2

2KCl_teste2

3KCl_teste2

4KCl_teste2

5KCl_teste2

41

Os resultados dos gráficos da figura 39 foram ao encontro das expectativas e salientavam

uma diferença entre as diferentes concentrações de KCl. Devido a isso repetiram-se as experiências

nas mesmas condições. Os resultados estão esboçados nos gráficos da figura 40.

(a)

(b)

Figura 40: (a) Módulos das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 3 no novo protótipo.

(b) Fases das impedâncias das EIS’s intituladas como teste 3, realizadas com o novo

protótipo. (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

102

103

104

105

Frequency (Hz)

|Z

|

0KCl_teste3

1KCl_teste3

2KCl_teste3

3KCl_teste3

4KCl_teste3

5KCl_teste3

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

Frequency (Hz)

the

ta

0KCl_teste3

1KCl_teste3

2KCl_teste3

3KCl_teste3

4KCl_teste3

5KCl_teste3

42

Entre os gráficos da figura 39 e os gráficos da figura 40, os resultados apresentaram mais

semelhança e rigor. Devido a isso este protótipo foi considerado mais fidedigno que os anteriores.

7.3. Independência da Impedância face à Tensão

Uma questão que se colocou era a dependência ou a independência da impedância face à

tensão eficaz utilizada como sinal. Devido a isso optou-se por variar as tensões com uma amostra

duma única concentração e ver o resultado das EIS’s correspondentes. A solução escolhida foi a dos

4 mmol/L de KCl, pois esse valor era o mais próximo da concentração de potássio no suor. [1] Esses

resultados em função da tensão eficaz estão esboçados nos gráficos da figura 41.

(a)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

102

103

104

105

Frequency (Hz)

|Z

|

4mM_KCl_50mV_eficaz

4mM_KCl_100mV_eficaz



43

(b)

Figura 41: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s com diferentes tensões. (b) Fase das

impedâncias das EIS’s com diferentes tensões. (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z|

está em ohm, theta está em graus)

Os resultados dos gráficos da figura 41 foram inesperados. Os resultados foram até contra

uns primeiros ensaios que tinham sido realizados ainda na fase em que se estudava a hipótese de

implementar as espectroscopias ou não, na secção 7.1.1. Mediante esses resultados estipulou-se

que se repetiria cada EIS duas vezes para garantir que não tinha havido erros experimentais. Um

resultado só seria considerado válido se houvesse uma outra EIS que fosse idêntica nas mesmas

condições. Posto isto os mesmos ensaios dos gráficos da figura 41 foram repetidos duas vezes para

cada tensão imposta. Os resultados estão representados nos gráficos da figura 42.

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

Frequency (Hz)

the

ta4mM_KCl_50mV_eficaz




44

(a)

(b)

Figura 42: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s com diferentes tensões; primeiras e

segundas tentativas e repetição da EIS divergente no final. (b) Fase das impedâncias das

EIS’s com diferentes tensões; primeiras e segundas tentativas e repetição da EIS divergente

no final. (gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|

4mM_KCl_10mV_eficaz_final.dta

4mM_KCl_10mV_eficaz_primeira.dta

4mM_KCl_10mV_eficaz_segunda.dta







10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

Frequency (Hz)

the

ta

4mM_KCl_10mV_eficaz_final.dta









45

A EIS assinalada a vermelho nos gráficos da figura 42, que foi a primeira medição, como

deu diferente da sua repetição foi excluída e quando foi repetida no final deu igual à sua segunda

tentativa. E perante isso puderam ser retiradas conclusões: a impedância não varia face à tensão

imposta no IPMC na gama dos valores de tensão utilizados.

7.4. Independência da Impedância com o Tempo

Para credibilizar os resultados era importante ainda saber se a impedância variava ou não

com o tempo. Fizeram-se várias EIS’s de forma sequencial sem intervalos de tempo e sem

interrupções entre as experiências. Para tal foi sempre usada a mesma amostra com a mesma

concentração e as experiências foram conduzidas sempre nas mesmas condições. Utilizou-se a

concentração de 4 mmol/L de KCl.

(a)

10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

Frequency (Hz)

|Z

|

004KCL_sequencial1.dta




46

(b)

Figura 43: (a) Módulo da Impedância das EIS’s seguidas. (b) Fase da Impedância das EIS’s

seguidas. (c) Diagrama complexo da Impedância das EIS’s seguidas. (gráficos elaborados

através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus, Z’ e Z’’ estão em ohm)

10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta





50 100 150 200 250 300

-200

-150

-100

-50

0

50

Z'

Z''





47

Como se pode ver, através das várias EIS’s obtidas e esboçadas nos gráficos da figura 43, é

visível que neste caso os resultados não variam com o tempo. Existem algumas diferenças, mas

muito ligeiras que podem ser justificadas pelo próprio erro do aparelho que efectua as medições.

7.5. Efeito da Concentração a maior escala

Para saber até que ponto e até que gama de valores esse comportamento se mantinha

resolveu-se colocar diferentes amostras em maior escala. As amostras seriam água destilada,

solução de 1mmol/L de KCl, solução de 10mmol/L de KCl, solução de 100 mmol/L de KCl e solução

de 1mol/L de KCl.

(a)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

102

103

104

105

Frequency (Hz)

|Z

|

1mM_KCl_teste4

10mM_KCl_teste4

100mM_KCl_teste4

1000mM_KCl_teste4

48

(b)

Figura 44: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s. (b) Fase das impedâncias das EIS’s.

(gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

Os resultados dos gráficos da figura 44 são inesperados porque a variação ocorrida em

gamas muito maiores de concentração são as mesmas que aquelas que foram obtidas para

menores concentrações. Como podem ocorrer erros experimentais resolveu-se fazer um teste mais

cuidado. Iriam-se repetir as mesmas concentrações mas em duplicado e no final repetia-se a

concentração que tinha sido testada em primeiro lugar, que neste caso foi a água destilada. Um

valor só seria considerado plausível caso as repetições coincidissem uma com a outra. Os resultados

obtidos estão representados nos gráficos da figura 45.

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

Frequency (Hz)

the

ta

1mM_KCl_teste4

10mM_KCl_teste4

100mM_KCl_teste4

1000mM_KCl_teste4

49

(a)

(b)

Figura 45: (a) Módulo das impedâncias das EIS’s. (b) Fase das impedâncias das EIS’s.

(gráficos elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

10-2 10-1 100 101 102 103 104

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|

0mM_KCl_teste5_final.dta

0mM_KCl_teste5_primeira.dta

0mM_KCl_teste5_segunda.dta









10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

Frequency (Hz)

the

ta

0mM_KCl_teste5_final.dta











50

Esta repetição do teste (gráficos da figura 45) mostrou que o efeito da concentração a longa

escala é praticamente nulo. Ou seja, a impedância não varia de forma inequívoca com as diferentes

concentrações utilizadas.

7.6. Análise das Discrepâncias Experimentais

A experiência a maiores concentrações podia revelar que se tinha atingido a saturação do

IPMC com excesso de cargas, no entanto as discrepâncias visualizadas fizeram questionar tudo o

que se tinha feito até esta fase experimental. Devido a isso mesmo, optou-se por fazer um teste

rápido: a realização de várias EIS’s em modo velocidade e com menos pontos por década de

frequência. A ideia era verificar se a resposta de impedância variava com o tempo. Tinha sido

concluído que a impedância não variava com o tempo na secção 7.1.2, mas perante os resultados

agora tidos resolveu-se verificar.

O modo velocidade duma EIS é quando o aparelho perde menos tempo entre duas ondas AC

de frequências distintas, faz aumentar o erro mas as EIS’s são realizadas muito mais depressa.

Usou-se água destilada para que não houvesse o efeito de cargas iónicas no interior e ao fim

dos primeiros dez ensaios mudou-se a tensão eficaz de 10mV para 500mV, para ver se poderia

haver algum efeito de carregamento eléctrico no IPMC que provocasse uma alteração nos valores de

impedância, isto porque uma maior tensão implica uma maior carga. Por questões de nomenclatura

nos ensaios experimentais deu-se o nome de 0mM à água destilada. Ao todo, os vinte ensaios

demoraram cerca de meia-hora. Dando um intervalo médio entre cada EIS de 1,5 minutos (1 minuto

e 30 segundos).

Os resultados das EIS’s realizadas estão descritos nos gráficos das figuras 46, 47 e 48.

51

Figura 46: Módulo das impedâncias das EIS’s seguidas. A ordem de tempo da legenda é de

cima para baixo. (gráfico elaborado através do ZView®) (|Z| está em ohm)

10-1 100 101 102 103

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z|

0-1,5 minutos

1,5-3 minutos

3-4,5 minutos

4,5-6 minutos

6-7,5 minutos

7,5-9 minutos

9-10,5 minutos

10,5-12 minutos

12-13,5 minutos

13,5-15 minutos

15-16,5 minutos

16,5-18 minutos

18-19,5 minutos

19,5-21 minutos

21-22,5 minutos

22,5-24 minutos

24-25,5 minutos

25,5-27 minutos

27-28,5 minutos

28,5-30 minutos

52

Figura 47: Fase das impedâncias das EIS’s seguidas. A ordem de tempo da legenda é de

cima para baixo. (gráfico elaborado através do ZView®) (theta está em graus)

10-1 100 101 102 103

-75

-50

-25

0

Frequency (Hz)

thet

a0-1,5 minutos

1,5-3 minutos

3-4,5 minutos

4,5-6 minutos

6-7,5 minutos

7,5-9 minutos

9-10,5 minutos

10,5-12 minutos

12-13,5 minutos

13,5-15 minutos

15-16,5 minutos

16,5-18 minutos

18-19,5 minutos

19,5-21 minutos

21-22,5 minutos

22,5-24 minutos

24-25,5 minutos

25,5-27 minutos

27-28,5 minutos

28,5-30 minutos

53

Figura 48: Diagrama complexo das impedâncias das EIS’s seguidas. A ordem de tempo da

legenda é de cima para baixo. (gráfico elaborado através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm)

Os resultados retirados (gráficos das figuras 46, 47 e 48) mostraram que existe uma

variação ao longo do tempo para os mesmos valores de concentração. Contudo anteriormente já se

tinha verificado que a impedância com a mesma concentração não variava com o tempo. Ou seja,

estes resultados contrariavam resultados anteriores. Como havia registo das horas a que cada

experiência foi feita ao longo de todos os trabalhos para a dissertação, foi-se ver aos registos e as

experiências feitas antes tinham usado o IPMC ao fim de algumas horas de trabalho noutras EIS’s.

De igual maneira viram-se as horas a que cada EIS foi feita e pôde-se tirar a conclusão que todos os

resultados, incluindo os resultados divergentes, podiam ser explicados pela variação do tempo. Da

mesma forma a agarose foi testada também ao fim de horas de funcionamento do IPMC, daí esta

substância ter sido vista como fútil apesar da sua ampla aplicação em experiências deste género.

0 1000 2000 3000 4000 5000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

Z'

Z''

0-1,5 minutos

1,5-3 minutos

3-4,5 minutos

4,5-6 minutos

6-7,5 minutos

7,5-9 minutos

9-10,5 minutos

10,5-12 minutos

12-13,5 minutos

13,5-15 minutos

15-16,5 minutos

16,5-18 minutos

18-19,5 minutos

19,5-21 minutos

21-22,5 minutos

22,5-24 minutos

24-25,5 minutos

25,5-27 minutos

27-28,5 minutos

28,5-30 minutos

54

7.7. Resposta da Corrente a um Impulso de Tensão

Como houve trabalhos previamente realizados (nomeadamente a referência [23]) com

impulsos de tensão e com o decaimento da corrente face a esse impulso, optou-se por uma nova

remessa de experiências que, em vez de usarem uma espectroscopia, usariam um impulso de

tensão para ser medida a resposta da corrente.

7.7.1. Experiências Iniciais

Inicialmente tentou-se colocar esse teste através do LabView no laboratório de máquinas

(figuras 49 e 50). Devido à falta de rigor para valores de tensão e corrente baixos, optou-se por fazer

o teste em condições mais rigorosas no laboratório de electroquímica.

Figura 49: Aspecto da montagem das experiências iniciais de medição de corrente a um

impulso de tensão.

55

Figura 50: A mesma montagem da figura 49 focada no IPMC.

7.7.2. Variação das constantes de tempo com o tempo

Foram realizados vários ensaios nas mesmas condições. Os ensaios decorreram durante

uma hora e de minuto a minuto é imposto um impulso de tensão de 500 mV durante 5 segundos,

de forma ilustrada na figura 51. Durante esse impulso a corrente é medida pelo aparelho dando um

resultado exemplificado pela figura 52.

Figura 51: Impulso de tensão utilizado nas experiências para o cálculo das constantes de

tempo.

0.00E+00

1.00E-01

2.00E-01

3.00E-01

4.00E-01

5.00E-01

6.00E-01

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Te

nsã

o \

V

Tempo \ segundos

Tensão ao longo do tempo de cada ensaio

56

Figura 52: Resposta de corrente do IPMC a um impulso de tensão.

A corrente tem um comportamento em função do tempo que se pode aproximar por uma

dupla exponencial. [23] Essa dupla exponencial de corrente pode ser expressa pela equação 2.

𝑖(𝑡) = 𝑎 × 𝑒−𝑡

𝜏1⁄ + 𝑏 × 𝑒−𝑡

𝜏2⁄ (2)

Em que 𝜏1 se pode considerar como a constante lenta e 𝜏2 pode ser considerada como a

constante rápida. Tal consideração obriga a que 𝜏1 > 𝜏2.

Foram testadas três concentrações-base para a realização da variação de cada tau (𝜏) com o

tempo: água destilada e 1 mM e 5 mM de solução aquosa de cloreto de potássio (KCl).

0.00E+00

5.00E-06

1.00E-05

1.50E-05

2.00E-05

2.50E-05

3.00E-05

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Co

rre

nte

\A

Tempo \ segundos

Corrente ao longo do tempo num dos ensaios

57

Figura 53: Variação de 𝜏1 com o tempo na placa IPMC n.º1.


Perante os gráficos das figuras 53 e 54 podíamos concluir que existe uma relação entre os

taus e as concentrações, no entanto o comportamento não é sempre uniforme, como se pode

observar pelos resultados dum outro protótipo idêntico referenciados de seguida como resultados

da placa IPMC n.º2, mostrados nos gráficos das figuras 55 e 56.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40 50 60 70

τ \

segu

nd

os

Tempo \ minutos

Gráfico dos valores da constante lenta τ

5mM de KCl

1mM de KCl

0mM de KCl

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 10 20 30 40 50 60 70

τ\

segu

nd

os

Tempo \ minutos

Gráfico dos Valores da constante rápida τ

5mM de KCl

1mM de KCl

0mM de KCl

58

Figura 55: Variação de 𝜏1 com o tempo na placa IPMC n.º2. Os picos atingidos a verde podem

ser explicados pelo limite de corrente imposto no aparelho para o salvaguardar de eventuais

excessos de corrente. Anteriormente neste tipo de experiências deu algo semelhante devido

ao limite de corrente imposto pelo aparelho de medida.


Através da visualização dos gráficos da placa IPMC n.º1 (gráficos das figuras 53 e 54) com

os gráficos da placa IPMC n.º2 (gráficos das figuras 55 e 56), denota-se que não existe um

comportamento padrão associado inequivocamente às alterações da concentração. A ordem de

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50 60 70

τ\

segu

nd

os

Tempo \ minutos

Gráfico dos valores da constante lenta τ

5mM de KCl

1mM de KCl

0mM de KCl

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 10 20 30 40 50 60 70

τ\

seg

un

do

s

Tempo \ minutos

Gráfico dos Valores da constante rápida τ

5mM de KCl

1mM de KCl

0mM de KCl

59

realização das experiências foi: água destilada, 1 mM e 5 mM. Ainda assim há que salientar que a

placa IPMC n.º1 possui o IPMC mais usado ao longo das experiências, enquanto que a placa IPMC

n.º2 possui um IPMC que foi utilizado pela primeira vez nestas experiências de impulso de tensão.

60

61

8. Análise dos Resultados

Após a análise das experiências restou conjecturar os motivos ou os fenómenos dos

resultados que foram obtidos. Uma hipótese das diferenças visualizadas foi a evaporação da água

no intervalo dos ensaios. Posto esta hipótese, compararam-se dois casos. Um dos casos seria o caso

de quando a impedância estava estabilizada e o outro caso era quando o IPMC estava seco. O

objectivo disso era saber se a estabilização atingida se devia, ou não, ao facto da água ter

evaporado deixando o IPMC seco.

Figura 57: Comparação dos diagramas de impedância nos dois casos. O caso a seco está

traçado a preto, e o caso estável após imersão está assinalado a vermelho. (gráfico

elaborado através do ZView®) (Z’ e Z’’ estão em ohm)

Os dados do gráfico da figura 57 que comparam ambos os casos não associam a

estabilização dos ensaios com a secagem do IPMC. Contudo salienta-se que no caso em que o IPMC

se move livremente, sem o contra-peso, os valores finais de impedância ficaram muito mais

próximos dos valores da impedância com o IPMC a seco, e isto pode ser observado através dos

gráficos da figura 58. Isso pode dever-se à evaporação mais rápida ou devido ao tempo de uso do

IPMC, mas não foram realizados ensaios que comprovem ou desmintam nenhuma das suposições.

Em qualquer caso, isso não explica os resultados obtidos. Apenas dá um detalhe que sugere a razão

0 500 1000 1500 2000 2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

Z'

Z''

seco_1.dta


62

pela qual os primeiros protótipos podiam não ser indicados e acaba por expressar a necessidade de

estudos futuros referentes ao efeito da utilização prolongada dos IPMC’s.

(a)

(b)

Figura 58: (a) Diagrama de módulo de impedância com a comparação entre um dos ensaios

finais das primeiras experiências (a vermelho) com uma EIS do IPMC a seco (a preto).

(b) Diagrama de fase de impedância com a comparação entre um dos ensaios finais das

primeiras experiências (a vermelho) com uma EIS do IPMC a seco (a preto). (gráficos

elaborados através do ZView®) (|Z| está em ohm, theta está em graus)

A absorção da água por parte dos IPMC’s é um assunto estudado na referência [49], porém

esse estudo não está intercalado com os resultados obtidos porque a questão que se levanta aqui é

a diferença entre as impedâncias com a concentração do soluto e não o valor da impedância do

IPMC quando este absorveu um dado volume duma solução aquosa.

Posto isto, uma outra hipótese seria a da variação da concentração ser demasiado pequena

para detectar a diferença no IPMC em modo sensor. No entanto as experiências com uma grande

gama de variações na concentração foram analisadas e os resultados deram idênticos. Conclui-se

que a concentração não é uma caracterização unívoca do comportamento do IPMC.

Uma outra condição que podia estar na origem dos resultados é o factor temperatura. Para

a análise desses resultados num dos artigos das referências ([41]) é mencionada a variação da

impedância com a temperatura, com diferenças nas ordens dos 25% em 5 graus no intervalo de

10-2 10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|

seco_1.dta

005KCL_2.dta

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta

10-2 10-1 100 101 102 103 104

101

102

103

104

Frequency (Hz)

|Z

|seco_1.dta

005KCL_2.dta

10-2 10-1 100 101 102 103 104

-75

-50

-25

0

25

Frequency (Hz)

the

ta

63

20ºC a 35ºC (valores retirados através da visualização dos gráficos desta referência, presentes nos

gráficos da figura 59).

(a)

(b)

Figura 59: (a) Valores normalizados da resistência sobre o seu valor médio em função da

temperatura. (gráfico proveniente da referência [41]) (b) Valores normalizados da capacidade

sobre o seu valor médio em função da temperatura. (gráfico proveniente da referência [41])

Uma outra referência ([50]) aborda o efeito da temperatura mas noutra gama de valores,

nomeadamente dos 60ºC aos 80ºC. Este intervalo é muito superior à gama de funcionamento do

IPMC nas condições à temperatura ambiente e como tal não serão considerados. Contudo há que

destacar que já é conhecido desde 1998, pela referência [48], que a temperatura influencia o

funcionamento do IPMC. Uma vez que a sala onde foram efectuadas as experiências é climatizada e

as temperaturas das soluções costumam rondar habitualmente os 18ºC, não é plausível que tenha

sido a temperatura a influenciar não só os valores como o próprio funcionamento do IPMC.

Excluem-se também os fenómenos de electrólise da água. A electrólise da água utilizada no

IPMC já foi estudada, assim como formas para a diminuir face à tensão. [43] O pior caso da

electrólise no IPMC dá-se para os 2,35 Volts. [43] Os valores usados não foram além dos 500 mV daí

esta hipótese ser excluída. Uma outra referência ([44]) menciona que a hidrólise se dá no IPMC aos

1,23 Volts, valor este que é ainda assim excluído na gama de valores de tensão usados.

64

As experiências dum impulso de tensão destacaram-se de duas formas. A primeira foi que,

com o aumento da concentração, os valores das constantes de tempo tanto subiram como

desceram em dois IPMC’s diferentes. Isso traduz a ausência dum único fenómeno unívoco que

explique o comportamento do IPMC. A segunda foi que o tempo de utilização do IPMC é um factor a

ter em atenção não só nos valores obtidos como no próprio tipo de alteração revelada

experimentalmente, já que um IPMC usado pela primeira vez deu resultados muito diferentes dum

outro que foi utilizado diversas vezes.

Apesar das experiências realizadas terem sido feitas apenas com o cloreto de potássio, é

conhecido que existe uma relação entre as correntes, e consequentemente a impedância, entre o

uso dos catiões potássio, sódio e lítio através da referência [42]. A corrente para o caso do potássio,

através da visualização dum dos gráficos desse artigo, é um terço da corrente para o caso do sódio.

Sendo assim a impedância seria três vezes no potássio face ao valor da impedância que é dada no

sódio. Ainda assim este juízo é discutível porque não é apresentado nenhum valor de concentração

utilizado nesse artigo científico, nem tampouco se sabe se a relação é sequer linear ou não entre

estas duas variáveis. Contudo, a independência da impedância face a uma concentração de cloreto

de potássio obriga, por esta lógica, a subentender que mesmo no caso de cloreto de sódio e até

mesmo no caso do cloreto de lítio (cuja corrente é ainda maior que a do cloreto de sódio) existe uma

independência da impedância em função do valor da concentração.

Para além do mais um outro artigo ([47]) não manifesta alterações consideráveis nas

gamas de tensão usadas nas EIS’s (10 mV aos 500 mV) para os diferentes catiões utilizados,

nomeadamente os catiões hidrogénio, lítio, sódio, potássio, magnésio e cálcio (figura 60).

Figura 60: Densidade de corrente (current density) em função da tensão (potencial). (gráfico

proveniente da referência [47])

65

Também é mencionado em investigações prévias que o tipo de anião do composto iónico

também influencia na resposta do IPMC em função da concentração dos catiões. [45] [46] No

entanto como tanto no cloreto de sódio como no cloreto de potássio se utiliza o mesmo anião, o

cloreto, isto não serve como argumento de contestação ao composto iónico que se utilizou nestas

experiências.

66

67

9. Conclusão e Perspectivas de Futuro

Devido às implicações teóricas daquilo que este estudo nega, é sugestível que seja posto em

causa o próprio funcionamento de um IPMC, quando este funciona como sensor para determinar a

concentração de soluto (associado à concentração de iões positivos).

O IPMC não serve para ser utilizado como sensor químico em episódios de hipoglicémia,

nem tampouco como sensor de concentrações de cloreto de potássio em água. Isso obriga a que

seja analisado o efeito do tempo nos estudos realizados anteriormente, uma vez que a conclusão

aqui tirada coloca-os em causa.

Aconselha-se que, num futuro breve, sejam revistas e analisadas todas as aplicações e as

formulações teóricas dos IPMC’s.

68

69

10. Referências

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[49] JANG-WOO LEE, SOON MAN HONG, JOOHOON KIM & CHONG MIN KOO – “Novel sulfonated

styrenic pentablock copolymer/silicate nanocomposite membranes with controlled ion channels and

their IPMC transducers”, Sensors and Actuators B, volume 162, pp. 369-376, 2012.

[50] HON LEI, WEN LI & XIAOBO TAN – “Encapsulation of ionic polymer-metal composites (IPMC)

sensors with thick parylene: Fabrication process and characterization results”, Sensors and

Actuators A, volume 217, pp. 1-12, 2014.

[51] IKUO UETA, YOSHIHIRO SAITO, MASAHIKO HOSOE, MITSUYOSHI OKAMOTO, HIRONOBU OHKITA,

SHINGORO SHIRAI, HIROSHI TAMURA & KIYOKATSU JINNO – “Breath acetone analysis with

miniaturized sample preparation device: In-needle preconcentration and subsequent determination

by gas chromatography-mass spectroscopy”, Journal of Chromatography B, volume 877, pp. 2551-

2556, 2009.

74

[52] DONGMIN GUO, DAVID ZHANG, LEI ZHANG & GUANGMING LU – “Non-invasive blood glucose

monitoring for diabetics by means of breath signal analysis”, Sensor and Actuators B, volume 173,

pp. 106-113, 2012.

[53] QUINTAO ZHANG, PING WANG, JIANPING LI & XIAOGUANG GAO – “Diagnosis of diabetes by

image detection of breath using gas-sensitive laps”, Biosensors and Bioelectronics, volume 15, pp.

249-256, 2000.

[54] NORIO TESHIMA, JIANZHONG LI, KEI TODA & PURNENDU K. DASGUPTA – “Determination of

acetone in breath”, Analytica Chimica Acta, volume 535, pp. 189-199, 2005.

75

11. Referências não Citadas Úteis a Futuros Trabalhos com IPMC’s

11.1. Referências Teóricas

[α] MOHSEN SHAHINPOOR & KWANG J. KIM – “The effect of surface-electrode resistance on the

performance of ionic polymer-metal composite (IPMC) artificial muscles”, Smart Materials and

Structures, volume 9, pp. 543-551, 2000.

[β] MOHSEN SHAHINPOOR AND KWANG J. KIM – “Ionic polymer-metal composites: I. Fundamentals”,

Smart Materials and Structures, volume 10, pp. 819-833, 2001

[γ] MOHSEN SHAHINPOOR AND KWANG J. KIM – “Ionic polymer-metal composites: II. Manufacturing

Technics”, Smart Materials and Structures, volume 12, número 1, pp. 65-79, 2003.

[δ] MOHSEN SHAHINPOOR & KWANG J. KIM – “Ionic polymer-metal composites: III. Modeling and

simulation as biomimetic sensors, actuators, transducers, and artificial muscles”, Smart Materials

and Structures, volume 13, pp. 1362-1387, 2004.

[ε] MOHSEN SHAHINPOOR & KWANG J. KIM – “Ionic polymer-metal composites: IV. Industrial and

medical applications”, Smart Materials and Structures, volume 14, número 1, pp. 197-214, 2005.

[ς] ARUN PUDIPEDDI, DOYEON KIM & KWANG J. KIM – “Sensory Behavior of Ionic Polymer Metal

Composite”, Smart Structures and Materials 2006: Electroactive Polymer Actuators and Devices

(EAPAD), SPIE, volume 6168, pp. 1-10, 2006.

[ζ] R. TIWARI & K. J. KIM – “IPMC as a mechanoelectric energy harvester: tailored properties”, Smart

Materials and Structures, volume 22, pp. 1-16, 2012.

[η] IL-SEOK PARK, KWANGMOK JUNG, DOYEON KIM, SANG-MUN KIM & KWANG J. KIM – “Physical

Principles of Ionic Polymer – Metal Composites as Electroactive Actuators and Sensors”, MRS

Bulletin, volume 33, pp. 190-195, Março de 2008.

[θ] YOUSEF BAHRAMZADEH & MOHSEN SHAHINPOOR – “A Review of Ionic Polymeric Soft Actuators

and Sensors”, Soft Robotics, volume 1, número 1, pp. 38-52, 2014.

[ι] RASHI TIWARI, SANG-MUN KIM AND KWANG J. KIM – “Variable Thickness IPMC: Capacitance

Effect on Energy Harvesting”, Material Research Society Symposium Proceedings, volume 1129, 12

páginas, 2009.

[κ] MOHSEN SHAHINPOOR & MEHRAN MOJARRAD – “Soft Actuators and Artificial Muscles”, United

States Patent, número 6.109.852, 29 de Agosto de 2000.

[λ] H. BRETT SCHREYER, NOVELLE GEBHART, KWANG J. KIM & MOHSEN SHAHINPOOR – “Electrical

Activation of Artificial Muscles Containing Polyacrylonitrile Gel Fibers”, Biomacromolecules, volume

1, pp. 642-647, 2000.

76

[μ] SIA NEMAT-NASSER & JIANG YU LI – “Electromechanical response of ionic polymer-metal

composites”, Journal of Applied Physics, volume 87, número 7, pp. 3321-3331, 2000.

11.2. Referências para Comparações de Testes Experimentais não Englobadas nas

Referências Teóricas

[•] EVAN MALONE & HOD LIPSON – “Freeform fabrication of ionomeric polymer-metal composite

actuators”, Rapid Prototyping Journal, pp. 244-253, 2006.

[••] MARYAM SAFARI, LEILA NAJI, RICHARD T. BAKER & FARAMARZ AFSHAR TAROMI – “The

Enhancement Effect of Lithium Ions on Actuation Performance of Ionic Liquid-based IPMC Soft

Actuators”, Polymer, (accepted manuscript) pp. 1-39, 2015.

[•••] KWANGMOK JUNG, JAEDO NAM & HYOUKRYEOL CHOI – “Investigation on actuation

characteristics of IPMC artificial muscle actuator”, Sensors and Actuators A, volume 107, pp. 183-

192, 2003.

[••••] YOSEPH BAR-COHEN, XIAOQI BAO, STEWART SHERRIT & SHYH-SHIUH LIH –

“Characterization of the Electromechanical Properties of Ionomeric Polymer-Metal Composite

(IPMC)”, Procedings of the SPIE Smart Structures and Materials, conferência EAPAD, pp. 1-8, 2002.

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Análise da Fiabilidade de um Captor Electroactivo Iónico ... · Dissertação escrita ao abrigo do antigo acordo ortográfico ... de corrosão que enriqueceu o conteúdo científico