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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
IMPRESSÃO 4D DE HIDROGEL TERMORRESPONSIVEL À BASE DE POLI(NISOPROPILACRILAMIDA), ALGINATO, CELULOSE NANOCRISTALINA E NITRETO DE BORO FUNCIONALIZADO
DIEGO MOREIRA LIMA
DISSERTAÇÃO
09/10/2024

A impressão 4D é uma técnica de manufatura aditiva que permite o desenvolvimento de estruturas cujas propriedades variam em resposta a estímulos externos. Atendendo aos requisitos necessários, o hidrogel de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAm) se destaca como um candidato promissor para essa aplicação, devido à sua capacidade de sofrer mudanças estruturais reversíveis em função de variações térmicas. Contudo, em razão de sua baixa viscosidade, a impressão por extrusão do PNIPAm apresenta complexidades, como baixa fidelidade de forma. Com base em desenvolvimentos anteriores do grupo, foi decidida a síntese de um compósito à base de hidrogel de rede dupla (PNIPAm/alginato), incluindo celulose nanocristalina (CNC) e nitreto de boro funcionalizado (f-BN). A formação da rede dupla reforça as propriedades mecânicas do hidrogel, enquanto a CNC atua como modificador reológico, melhorando a printabilidade do gel precursor. A incorporação do f-BN pode influenciar a termorresponsividade do PNIPAm devido à sua alta condutividade térmica. Foram preparados géis precursores contendo 10% (m/m) de CNC e diferentes concentrações de f-BN, variando de 0% a 0,2% (m/m em relação ao NIPAm), com as concentrações de NIPAm e alginato mantidas constantes. Os parâmetros de impressão e fotopolimerização foram otimizados para garantir filamentos contínuos e uma conversão eficaz do NIPAm em PNIPAm nas estruturas impressas. As concentrações de 0,1% e 0,2% de f-BN resultaram em melhor fidelidade na forma e maior estabilidade dos filamentos após a impressão. O mecanismo de mudança de forma foi investigado utilizando microscopia óptica (OM), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (AFM). A análise inicial sugere que a resposta 4D está associada a um gradiente de reticulação resultante da exposição não homogênea à luz UV, gerando regiões anisotrópicas ao longo do compósito.

Impressão 4D;PNIPAm;Termoresponsividade;Celulose Nanocristalina;Alinhamento;Nitreto de Boro;Funcionalização
Meeting the necessary requirements, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm) hydrogel stands out as a promising candidate for this application due to its ability to undergo reversible structural changes in response to thermal variations. However, due to its low viscosity, the extrusion printing of PNIPAm presents challenges, such as low shape fidelity. Based on previous developments by the group, the synthesis of a dual-network hydrogel composite (PNIPAm/alginate) was decided, incorporating cellulose nanocrystals (CNC) and functionalized boron nitride (f-BN). The formation of the dual network enhances the mechanical properties of the hydrogel, while CNC acts as a rheological modifier, improving the printability of the precursor gel. The incorporation of f-BN may influence the thermoresponsiveness of PNIPAm due to its high thermal conductivity. Precursor gels were prepared containing 10% (m/m) CNC and varying concentrations of f-BN from 0% to 0.2% (m/m relative to NIPAm), with the concentrations of NIPAm and alginate kept constant. The printing and photopolymerization parameters were optimized to ensure continuous filaments and effective conversion of NIPAm to PNIPAm in the printed structures. Concentrations of 0.1% and 0.2% f-BN resulted in better shape fidelity and greater stability of the filaments after printing. The mechanism of shape change was investigated using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and atomic force microscopy (AFM). Initial analysis suggests that the 4D response is associated with a crosslinking gradient resulting from nonhomogeneous exposure to UV light, generating anisotropic regions throughout the composite.
4D Printing;PNIPAm;Thermoresponsiveness;Nanocellulose;Alignment;Boron Nitride;Functionalization
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
NMA - DIEGO MOREIRA LIMA.pdf

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA
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Banca Examinadora

MATHILDE JULIENNE GISELE CHAMPEAU
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
JULIANA DA SILVA BERNARDES Docente - PERMANENTE
MATHILDE JULIENNE GISELE CHAMPEAU Docente - PERMANENTE
LUIS MARCELO GARCIA DA SILVA Pós-Doc

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 6

Vínculo

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Sim
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