Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/8243
Type: Tese
Title: Modeling, simulation and applications of ionic polymer metal composites
Author(s)/Inventor(s): Ranjbarzadeh, Shahin
Advisor: Duda, Fernando Pereira
Abstract: No presente estudo, um modelo multifísico é organizado para prever o comportamento do composito de polímeros ionicos e metal (IPMC) com resposta elétrica. A abordagem apresentada aqui, envolvendo quimio-eletro-mecânica, as equações de difusão para concentrações iônicas incorporam os termos de migração e difusão; A equação de Poisson é empregada para calcular diretamente a distribuição do potencial elétrico, e a deformação do IPMC é implementada facilmente pelas equações de pequena deformação. A análise é realizada usando o software comercial COMSOL. A resposta do IPMC accionado por eletrodo, incluindo o deslocamento e os perfis de potenciais elétricos são calculados numericamente. Uma das aplicações dos compostos metálicos de polímero iônico é um implante de microbomba oftálmica para remover o excesso de fluido que pode estar causando glaucoma. Portanto, neste estudo, uma microbomba IPMC de baixa energia é projetada e simulada, na qual o fluido é conduzido pela deformação de dois diafragmas IPMC. Os resultados mostram que a microbomba tem a capacidade de transferir o líquido mencionado fora da câmara do olho para reduzir a pressão e o risco de doença. Outra aplicação médica interessante da microbomba IPMC está em dispositivo dispensador de insulina. A simulação da microbomba com o diafragma IPMC confirma que a microbomba IPMC pode gerar um taxa de fluxo suficiente de insulina necessária para o tratamento do Diabetes. Finalmente, propomos um estudo numérico bidimensional sobre o fluxo induzido por um cílio IPMC deformando debaixo de água. Com o objetivo esses resultados, criamos uma microbomba integrada IPMC cilia que contém vários cílios IPMC empregados nos lados superior e inferior do canal fluido. Os resultados da simulação numérica mostram que a microbomba gera vazão de fluido com baixo potencial elétrico.
Abstract: In the present study, a multiphysics model is presented to predict the behavior of Ionic Polymer Metal Composite (IPMC). The analysis is carried out using commercial software COMSOL. The response of electro actuated IPMC, including the displacement and electric potentials profiles, of the IPMC is numerically calculated. Furthermore, IPMC-fluid interaction is studied with coupling electro-chemo-mechanical model of IPMC with Navier-Stokes equation. The mathematical model used in the numerical analysis consists of three different types of micropumps. Then we focus on the application of IPMC micropump in Biomedical for drug delivery and extracting excess fluid. One of the applications of ionic polymer metal composites is an ophthalmic micropump implant in order to remove excess aqueous humor that may be causing Glaucoma. Therefore, in this study, a low energy IPMC micropump is simulated, in which the fluid is driven by deformation of two IPMC diaphragms. Results show that micropump has the ability to transfer mentioned liquid outside of eye chamber to reduce the pressure and risk of the disease. Another interesting medical application of IPMC micropump is in insulin dispenser device. Simulation of micropump with IPMC diaphragm confirms that IPMC micropump can generate sufficient flow rate of insulin required for treatment of Diabetes. Here, we propose a two-dimensional numerical study on the flow induced by an IPMC cilia vibrating underwater. Concequently, we designed an IPMC cilia integrated micropump that contains various IPMC cilia employed in the upper and bottom side of the fluid channel. Deformation of IPMCs cilia pushes fluid in the channel. Numerical simulation results show that micropump generate fluid flow rate at low electro-potential.
Keywords: Engenharia mecânica
Microbomba
Glaucoma
Diabetes
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jun-2017
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/11422/8243
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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