Materiais Piezoeléctricos e Ferroelétricos Ciências dos Materiais I

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CURSO DE TECNOLOGIA EM MATERIAIS

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Materiais Piezoeléctricos e Ferroelétricos

Ciências dos Materiais I

Profa. Dra. Vanessa D. Del Cacho

SÃO PAULO

2016

Sumário

1.        Introdução        

2.        Desenvolvimento Teórico        

2.1         Definição        

2.2         Composições e estruturas        

2.3         Princípios de Funcionamento        

2.4         Fabricação        

2.4.1 Mistura de Óxidos        

2.4.2 Co-precipitação        

2.4.3         Método Sol-gel        

2.4.4 _        Pechini        

2.5         Propriedades e aplicações        

2.5.1 Aplicações comuns        

3. Conclusão        

4. Referências Bibliográficas        3

1. Introdução

Os avanços da ciência possibilitou uma enorme gama de melhorias tecnológicas, após o início do século XX e com as novas tendências mundiais de globalização os bens de consumo ao redor do mundo passaram por otimizações em busca de maiores rendimentos, utilidades, inovação com boa aceitação do mercado e preços competitivos. Surgindo também a busca por diferentes matérias prima (ou matérias primas) e fontes de energia renováveis.

A procura por fortes de energia limpa ainda é um grande desafio contemporâneo, pois exigem altos níveis de conhecimento tecnológico, dificuldades geográficas e de instalação e sua aplicação pode não beneficiar uma grande parcela da população, entrando em conflito com as necessidades de reduzir as emissões de poluentes provenientes de combustíveis fósseis.

Referente à busca de fontes de energia renovável, cientistas de todo o mundo procuram formas de poupar e reutilizar a energia dissipada em diversos tipos de sistemas, que muitas vezes perdem energia em forma de calor seu um aproveitamento efetivo da massa dos corpos envolvidos no sistema.

Dentre essa busca, um grupo de materiais com uma propriedade piezoéletricae ferroelétrica vem sendo explorados. Esse material tem a capacidade de gerar tensão elétrica através de uma pressão mecânica.  Assim como a geração de uma tensão por uma deformação mecânica é também possível, obter o efeito reverso com a ocorrência de uma deformação mecânica em função da aplicação de tensão elétrica. Geralmente feitos detitanatozirconato de chumbo (PZT).

Tais materiais têm aplicações variadas. Podem ser aplicadas em estradas, aeroportos, estações de metrô e trem, sensores de estacionamento, telas de touchescreenn e até transdutores ultrassonicos empregados em sistemas de radar e sonar. E cada dia vem sendo descobertas novas aplicações e formas de aumentar e aproveitar melhor a energia gerada pelos piezoelétricos com a utilização de nanotecnologia.

  Portanto, este trabalho tem como objetivo informar sobre os piezoelétricos: Fundamentação teórica desse fenômeno e importancia para a ciência, sociedade, indústrias e meio ambiente.

2.        Desenvolvimento Teórico

2.1        Definição

A piezoeletricidade é a capacidade de alguns cristais, como o quartzo, por exemplo, que quando deformados mecanicamente ficarem polarizados eletricamente, formando cargas elétricas nas superfícies dos cristais, originando uma diferença de potencial entre as superfícies (figura 1)[3].

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Figura 1 – Materiais piezoelétricos[8].

Os materiais ferroelétricos são incluídos em um subgrupo da classe dos piezoelétricos, possuem polarização espontânea e que quando submetidos a um campo elétrico externo se polarizam na direção do campo elétrico externo. Quando o campo elétrico é retirado, eles ficam polarizados nessa direção[1,3].

A palavra piezoeletricidade vem do grego, eprovém da união de duas palavras: a palavra piezo significa pressão e a segunda eletricidade.Esse nome foi proposto por Hankel em 1881 para nomear o fenômeno descoberto pelos irmãos, Pierre e Jacques Curie. Eles observaram que cargas elétricas positivas e negativas eram geradas em várias partes da superfície de um cristal quando comprimido em diferentes direções, as quais eram previamente escolhidas de acordo com a simetria do cristal[3,4,7].

2.2        Composições e estruturas

O efeito piezoelétrico é exibido por um número de cristais naturais, como por exemplo: quartzo, turmalina e tartrate de sódio e potássio, os quais são usados como transdutores eletromecânicos. Porém o material piezoelétrico ferroelétricomais utilizado é o titanatozirconato de chumbo (PZT), tendo sua estrutura cristalina na forma de peroviskita, descrita pela fórmula A2+B4+O2-[3,4].

Sua estrutura cristalina consiste em cristais mistos de zirconato de chumbo (PbZrO3) e titanato de chumbo (PbTiO3). Esses óxidos possuem uma estrutura de inúmeros cristalitos e cada um deles é formado por uma infinidade de células elementares[3].