Un electret (formado por la palabra inglesa electr- , de " electricity ", y -et, de " magnet ") es un material dieléctrico que tiene una polarización eléctrica casi permanente . Un electret tiene campos eléctricos internos y externos , y es el equivalente electrostático de un imán permanente .
El término electreto fue acuñado por Oliver Heaviside [1] para un material (normalmente dieléctrico ) que tiene cargas eléctricas de signo opuesto en sus extremos. [2] Algunos materiales con propiedades de electreto ya eran conocidos por la ciencia y se habían estudiado desde principios del siglo XVIII. Un ejemplo es el electreto , un dispositivo que consiste en una placa con propiedades de electreto y una placa metálica separada. El electreto fue inventado originalmente por Johan Carl Wilcke en Suecia en 1762 [3] y mejorado por Alessandro Volta en Italia en 1775. [4] El primer caso documentado de producción fue el de Mototarô Eguchi en 1925 [5], quien fundió un material dieléctrico adecuado, como un polímero o cera que contiene moléculas polares, y luego lo dejó solidificar en un campo eléctrico potente. Las moléculas polares del dieléctrico se alinean con la dirección del campo eléctrico, produciendo un electreto dipolar con una polarización permanente . Los electretos modernos a veces se fabrican incorporando cargas en exceso en un dieléctrico altamente aislante, por ejemplo, mediante un haz de electrones , una descarga de corona , una inyección desde un cañón de electrones , una ruptura eléctrica a través de un espacio o una barrera dieléctrica. [6] [7]
Hay dos tipos de electretos:
Los electretos, al igual que los imanes, son dipolos. Otra similitud son los campos: producen un campo electrostático (en contraposición a un campo magnético ) fuera del material. Cuando un imán y un electreto están cerca uno del otro, se produce un fenómeno bastante inusual: mientras están estacionarios, ninguno tiene efecto sobre el otro. Sin embargo, cuando un electreto se mueve con respecto a un polo magnético, se siente una fuerza que actúa perpendicularmente al campo magnético, empujando al electreto a lo largo de una trayectoria de 90 grados con respecto a la dirección esperada de "empuje", como se sentiría con otro imán.
Existe una similitud entre un electret y la capa dieléctrica utilizada en los condensadores ; la diferencia es que los dieléctricos en los condensadores tienen una polarización inducida que es solo transitoria, dependiendo del potencial aplicado en el dieléctrico, mientras que los dieléctricos con propiedades de electret exhiben almacenamiento de carga cuasipermanente o polarización. Algunos materiales también muestran ferroelectricidad (es decir, reaccionan a los campos externos con una histéresis de la polarización). Los ferroeléctricos pueden retener la polarización de forma permanente porque están en equilibrio termodinámico y, por lo tanto, se utilizan en condensadores ferroeléctricos . Aunque los electretos solo están en un estado metaestable , los fabricados a partir de materiales de fuga muy baja pueden retener el exceso de carga o polarización durante muchos años. Un micrófono electret es un tipo de micrófono de condensador que elimina la necesidad de un voltaje de polarización de la fuente de alimentación al usar un material cargado permanentemente.
Los materiales electret son bastante comunes en la naturaleza. El cuarzo y otras formas de dióxido de silicio, por ejemplo, son electretos naturales. Hoy en día, la mayoría de los electretos están hechos de polímeros sintéticos , por ejemplo, fluoropolímeros , polipropileno , tereftalato de polietileno (PET), etc. Los electretos de carga real contienen cargas excedentes positivas o negativas o ambas, mientras que los electretos de dipolo orientado contienen dipolos orientados. Los campos eléctricos internos o externos cuasipermanentes creados por los electretos se pueden aprovechar en diversas aplicaciones.
Los electretos a granel se pueden preparar calentando o fundiendo el material y luego enfriándolo en presencia de un campo eléctrico fuerte. El campo eléctrico reposiciona los portadores de carga o alinea los dipolos dentro del material. Cuando el material se enfría, la solidificación "congela" los dipolos en su posición. Los materiales utilizados para los electretos suelen ser ceras , polímeros o resinas . Una de las primeras recetas consiste en un 45% de cera de carnauba , un 45% de colofonia blanca y un 10% de cera de abejas blanca , fundidas, mezcladas y dejadas enfriar en un campo eléctrico estático de varios kilovoltios/cm. El efecto termodieléctrico , relacionado con este proceso, fue descrito por primera vez por el investigador brasileño Joaquim Costa Ribeiro.
Los electretos también pueden fabricarse incorporando un exceso de carga negativa en un dieléctrico mediante un acelerador de partículas , o colocando cargas sobre la superficie o cerca de ella mediante descargas de corona de alto voltaje , un proceso denominado carga de corona . El exceso de carga en un electreto se desintegra de forma exponencial. La constante de desintegración es una función de la constante dieléctrica relativa del material y de su resistividad volumétrica . Los materiales con una resistividad extremadamente alta, como el PTFE , pueden retener el exceso de carga durante cientos de años. [ cita requerida ] La mayoría de los electretos producidos comercialmente se basan en fluoropolímeros (por ejemplo, teflón amorfo ) mecanizados en películas delgadas.
