Studio e realizzazione di provini piezoelettrici flessibili per applicazioni di sensoristica

L’obiettivo del lavoro di Tesi è stato quello di produrre dal punto di vista sperimentale un sensore piezoelettrico mediante l’utilizzo di materiali e processi innovativi. È stato inoltre sviluppato un modello elettromeccanico sfruttando il software COMSOL Multiphysics®, che ha permesso di validarne sul piano teorico l’efficienza e fattibilità. I sensori piezoelettrici sfruttano la proprietà di alcuni materiali, di indurre una ridistribuzione delle cariche interne a seguito dell’applicazione di una sollecitazione di tipo meccanico. Inoltre, per garantire la flessibilità e la resistenza che caratterizzano la pelle artificiale, devono essere composti da materiali con proprietà meccaniche simili al silicone. Perciò in questo elaborato è stata studiata la creazione di sensori flessibili, partendo proprio dalle gomme siliconiche. Il primo passo è stata la produzione di elettrodi flessibili con l’integrazione di un materiale conduttivo in una matrice polimerica, per creare così un polimero conduttivo. Il materiale conduttivo scelto è il Carbon Black. Miscelando il Carbon Black con il Polidimetilsilossano o PDMS, appartenente alla famiglia delle gomme siliconiche, si ottiene una integrazione fra i due materiali e sottoponendoli ad un processo di cura termoindurente si ottiene un materiale conduttivo della stessa consistenza del silicone. Come materiale piezoelettrico, è stato utilizzato il PVDF-TrFE, copolimero ferromagnetico, sottoforma di tappetino di nanofibre in grado di avere polarizzazione spontanea anche in assenza di un campo elettrico. Il sensore è prodotto come sovrapposizione di strati curati assieme. La seconda parte di questo elaborato con lo sviluppo di un modello elettromeccanico che sfrutta il software COMSOL Multiphysics® ha permesso la realizzazione di un sensore simile a quello realizzato sperimentalmente. I risultati computati dal software sono poi stati confrontati con i risultati del sensore reale, sottoponendo entrambi allo stesso tipo di forza.