Polimeri elettroattivi: caratteristiche, applicazioni e mercato

I polimeri elettroattivi – generalmente noti con la sigla EAPS: Electro-Active Polymers – rientrano tra i “materiali intelligenti” (smart materials) e sono polimeri che cambiano dimensioni e forma in maniera reversibile sotto l’azione di un campo elettrico.

Caratteristiche dei polimeri elettroattivi

Le principali caratteristiche di questi materiali sono le seguenti:

• possibilità di andare soggetti ad un gran numero di deformazioni sotto l’azione di forze esterne elevate. A differenza dei materiali piezoelettrici che sopportano deformazioni percentuali ridotte, i polimeri elettroattivi possono sopportare deformazioni fino al 380%;
• bassa densità;
• rapidi tempi di risposta alla forza deformante;
• possibilità di essere adattati a forme particolari e avere caratteristiche prestazionali molto variegate a seconda delle esigenze, qualità molto apprezzate per usi di tipo “custom”;
• elevata resilienza, cioè la proprietà di conservare la propria struttura o di riacquistare la forma originaria dopo essere stati sottoposti a schiacciamento o deformazione;
• abbinamento di caratteristiche di compattezza e durezza con la capacità di assumere forme e dimensioni diverse, dai micrometri ai metri;
• sono materiali le cui proprietà sono facilmente controllabili;
• hanno costi di materia prima e di fabbricazione relativamente bassi, anche se il costo del materiale può andare soggetto a fluttuazioni notevoli nel tempo, il che può rappresentare ancora un limite alle elevate potenzialità di questi materiali.

Polimeri elettroattivi dielettrici e ionici

Sostanzialmente esistono due tipi principali di polimeri elettroattivi: dielettrici e ionici. I polimeri elettroattivi dielettrici agiscono sotto l’azione di forze elettrostatiche tra due elettrodi che comprimono il polimero: nei polimeri elettroattivi ionici, invece, l’azionamento è generato dallo spostamento di ioni all’interno del polimero stesso.

I polimeri elettroattivi dielettrici richiedono voltaggi di attivazione molto elevati (superiori a 10 Volt/micro-metro), mentre i polimeri elettroattivi ionici richiedono voltaggi bassi (solo 1 – 2 Volt).

Le applicazioni dei polimeri elettroattivi

Numerosissimi sono i possibili campi di applicazione dei polimeri elettroattivi, molti dei quali comunque ancora a livello potenziale:

• attuatori e sensori, cioè in generale dispositivi che al rilevamento di un segnale attivano una reazione: vengono utilizzati in svariati settori: per usi ospedalieri, postazioni di lavoro, TV a scomparsa, e applicazioni in robotica e vari settori industriali: industria della gomma e della plastica, industria del vetro, del legno, della carta, industria chimica e alimentare, ecc. Attuatori e sensori insieme rappresentano a tutt’oggi l’applicazione più importante dei polimeri elettroattivi, seguiti dall’elettronica di consumo;
• elettronica di consumo: comandi per videogiochi e per apparecchi elettronici di largo consumo, computer portatili senza tastiera, funzionalità per smartphone, altoparlanti miniaturizzati, microfoni, ventilatori elettrici miniaturizzati, componenti acustici, ventilatori elettrici miniaturizzati, interruttori e comandi in genere per apparecchi elettronici, fotocamere di cellulari eccetera;
• biomedicina / strumentazione medicale: apparecchi per ecografia, pedobarografia (scienza che esamina e corregge squilibri dell’articolazione), cateteri, misuratori di pressione, calze a compressione, protesi e arti sintetici, altri elementi per implantologia.
• condensatori;
• nanocompositi;
• biomimetica, ossia la scienza che mira a riprodurre artificialmente strutture esistenti in natura, quali muscoli eccetera;
• meccatronica digitale, quella branca dell’ingegneria dell’automazione che studia il modo di far interagire tra loro la meccanica, l’elettronica e l’informatica al fine di automatizzare i sistemi di produzione in svariati settori industriali;
• diodi a emissione luminosa (LED);
• edilizia: strumentazione sensibile alle tensioni;
• celle solari;
• schermature EMI/RFI (electromagnetic and radio-frequency interference) & ESD (electrostatic discharge);
• rivestimenti resistenti a corrosione;
• vernici a base di resine elettrostatiche;
• automotive: sistemi di immagazzinamento energia per autoveicoli e autocarri;
• recupero energetico: si può partire da una deformazione, causata per esempio dal vento, dal moto ondoso o, comunque, da energia meccanica dissipata in natura che potrebbe essere riutilizzata per produrre energia elettrica (fonti rinnovabili).

Il mercato dei polimeri elettroattivi

Il mercato dei polimeri elettroattivi è stato stimato a 3,51 miliardi di dollari nel 2017 e si prevede che raggiungerà i 5,12 miliardi di dollari entro il 2022, con un CAGR del 7,9% dal 2017 al 2022.