Un electreto (formado como un acrónimo de electr- de " electricidad " y -et de " imán ") es un material dieléctrico que tiene una polarización eléctrica casi permanente . Un electreto 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 (típicamente dieléctrico ) que tiene cargas eléctricas de signo opuesto en sus extremos. [2] Algunos materiales con propiedades electret ya eran conocidos por la ciencia y habían sido estudiados desde principios del siglo XVIII. Un ejemplo es el electróforo , un dispositivo que consta de una losa con propiedades electret y una placa metálica separada. El electróforo 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 por Mototarô Eguchi en 1925 [5] quien fundió un material dieléctrico adecuado como un polímero o cera que contiene moléculas polares, y luego permitir que se solidifique en un potente campo eléctrico. Las moléculas polares del dieléctrico se alinean con la dirección del campo eléctrico, produciendo un electreto dipolar con polarización permanente . Los electretos modernos a veces se fabrican incorporando cargas excesivas en un dieléctrico altamente aislante, por ejemplo, utilizando un haz de electrones , una descarga en 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, ocurre un fenómeno bastante inusual: mientras están estacionarios, ninguno tiene ningún efecto el uno sobre el otro. Sin embargo, cuando se mueve un electreto con respecto a un polo magnético, se siente una fuerza que actúa perpendicular al campo magnético, empujando el 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 electreto y la capa dieléctrica utilizada en los condensadores ; la diferencia es que los dieléctricos en los capacitores tienen una polarización inducida que es solo transitoria, dependiendo del potencial aplicado al dieléctrico, mientras que los dieléctricos con propiedades de electreto exhiben un almacenamiento de carga o polarización casi permanente. Algunos materiales también presentan ferroelectricidad (es decir, reaccionan a los campos externos con una histéresis de polarización). Los ferroeléctricos pueden retener la polarización permanentemente porque están en equilibrio termodinámico y, por lo tanto, se utilizan en condensadores ferroeléctricos . Aunque los electretos sólo se encuentran en un estado metaestable , los fabricados con materiales de muy baja fuga 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 mediante el uso de 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 exceso de cargas positivas o negativas, o ambas, mientras que los electretos dipolares orientados contienen dipolos orientados. Los campos eléctricos internos o externos casi permanentes creados por electretos pueden aprovecharse 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 45% de cera de carnauba , 45% de colofonia blanca y 10% de cera de abejas blanca , derretidas, 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 se pueden fabricar incorporando un exceso de carga negativa dentro de un dieléctrico usando un acelerador de partículas , o colocando cargas en la superficie o cerca de ella usando descargas de corona de alto voltaje , un proceso llamado carga de corona . El exceso de carga dentro de un electreto decae exponencialmente. La constante de desintegración es función de la constante dieléctrica relativa del material y su resistividad aparente . Los materiales con resistividad extremadamente alta, como el PTFE , pueden retener un exceso de carga durante muchos cientos de años. [ cita necesaria ] La mayoría de los electretos producidos comercialmente se basan en fluoropolímeros (por ejemplo, teflón amorfo ) mecanizados para obtener películas delgadas.
