Ottimizzazione e controllo del processo di elettrofilatura per la realizzazione di sensori piezoelettrici ad alte prestazioni

Le attività svolte sono state incentrate sulla ottimizzazione e sul controllo del processo di elettrofilatura di soluzioni polimeriche per la realizzazione di membrane nanofibrose piezoelettriche per applicazioni Sensing ed Energy Harvesting ad alte prestazioni. Uno degli scopi di questa tesi è stato quello di realizzare un sistema di controllo in Arduino per la gestione dei generatori di alta tensione e per il monitoraggio di temperatura e umidità all’interno di un ambiente controllato, tentando quindi di isolare il processo di elettrofilatura dall’influenza dell’ambiente esterno. È stata eseguita una ottimizzazione del processo di elettrofilatura standard per il nuovo materiale e sono state caratterizzate le fibre ottenute attraverso l’utilizzo di Microscopia Ottica e SEM, per valutarne il diametro, l’uniformità e l’omogeneità. Sono state realizzate membrane piezoelettriche elettrofilate con una tecnica “limite”, cercando di spingere al massimo il campo elettrico aumentando la tensione applicata e riducendo la distanza. Con questo sistema è possibile ottenere fibre che presentano caratteristiche piezoelettriche notevoli senza bisogno di ulteriori processi di post-polarizzazione. Simulazioni del campo elettrico sono state eseguite attraverso il software Comsol per valutare l’effetto della geometria, della distanza e dei parametri di processo sulla distribuzione e sull'intensità del campo elettrico nello spazio. Le membrane elettrofilate con processo standard e in condizioni limite sono state successivamente integrate in matrici di PDMS e Resina epossidica, predisponendole per una possibile integrazione in altri compositi, sono state eseguite analisi SEM per valutare la qualità dell'impregnazione. Sono state eseguite prove di sollecitazione meccanica impulsiva e sinusoidale per valutare la risposta elettromeccanica dei dispositivi piezoelettrici ottenuti e per confrontare il risultato dell’impiego di diversi materiali di impregnazione.