Un ferroelectreto , también conocido como piezoelectreto , es una película delgada de espumas poliméricas que exhibe propiedades piezoeléctricas y piroeléctricas después de la carga eléctrica. Las espumas de ferroelectreto suelen consistir en una estructura polimérica celular llena de aire. Los compuestos de polímero-aire son elásticamente blandos debido a su alto contenido de aire, así como al tamaño y forma de las paredes de polímero. Su estructura compuesta elásticamente blanda es una clave esencial para el principio de funcionamiento de los ferroelectretos, además del atrapamiento permanente de cargas eléctricas dentro de los huecos del polímero. Las propiedades elásticas permiten grandes deformaciones de los huecos cargados eléctricamente. Sin embargo, la estructura compuesta también puede limitar posiblemente la estabilidad y, por tanto, el ámbito de aplicación. [1]
como funciona
El efecto más común relacionado con los ferroelectretos es la piezoelectricidad directa e inversa, pero en estos materiales el efecto se produce de forma diferente al efecto respectivo en los polímeros ferroeléctricos . En los polímeros ferroeléctricos, una tensión en la dirección 3 disminuye principalmente la distancia entre las cadenas moleculares, debido a las interacciones electrostáticas y de Van der Waals relativamente débiles entre las cadenas en comparación con los fuertes enlaces covalentes dentro de la cadena. Por lo tanto, la disminución del espesor da como resultado un aumento de la densidad del dipolo y, por lo tanto, un aumento de las cargas en los electrodos, lo que produce un coeficiente d33 negativo de la piezoelectricidad de densidad del dipolo (o secundaria). En los polímeros celulares (ferroelectretos), la tensión en la dirección 3 también disminuye el espesor de la muestra. La disminución del espesor ocurre predominantemente a través de los huecos, los momentos dipolares macroscópicos disminuyen y también lo hacen las cargas de los electrodos, lo que produce un d33 positivo (piezoelectricidad intrínseca o directa (cuasi)). [2] [3]
Nuevas características
En los últimos años se han desarrollado alternativas a los ferroelectretos de espuma celular. En los nuevos sistemas poliméricos, las cavidades necesarias se forman, por ejemplo, mediante sellos, plantillas, corte por láser, etc. El termoconformado de sistemas de capas a partir de películas de electretos condujo a ferroelectretos térmicamente más estables. [4] [5] [6]
Notas
- ^ Mellinger, Axel; Wegener, Michael; Wirges, Werner; Mallepally, Rajendar Reddy; Gerhard-Multhaupt, Reimund (2006). "Estabilidad térmica y temporal de películas ferroelectretas fabricadas a partir de compuestos celulares de polipropileno y aire". Ferroeléctricos . 331 (1): 189–199. doi : 10.1080/00150190600737933. ISSN 0015-0193. S2CID 120418324.
- ^ Lindner, M.; Hoislbauer, H.; Schwodiauer, R.; Bauer-Gogonea, S.; Bauer, S. (2004). "Polímeros celulares cargados con comportamiento" ferroelectrético ". Transacciones IEEE sobre dieléctricos y aislamiento eléctrico . 11 (2): 255–263. doi :10.1109/TDEI.2004.1285895. ISSN 1070-9878. S2CID 25113767.
- ^ Hillenbrand, Joaquín; Sessler, Gerhard M. (2004). "Micrófonos piezoeléctricos de alta sensibilidad basados en películas de polímeros celulares apiladas (L)". La Revista de la Sociedad de Acústica de América . 116 (6): 3267–3270. Código Bib : 2004ASAJ..116.3267H. doi : 10.1121/1.1810272 . ISSN 0001-4966.
- ^ RAC Altafim; HC Bassó; RAP Altafim; L. Lima; CV de Aquino; LG Neto; R. Gerhard-Multhaupt (2006). "Piezoelectretos a partir de estructuras de burbujas termoformadas de películas de fluoropolímero-electretos". Transacciones IEEE sobre dieléctricos y aislamiento eléctrico . 13 (5): 979–985. doi :10.1109/TDEI.2006.247822. S2CID 22658706.
- ^ Zhang, X.; Hillenbrand, J.; Sessler, GM (2007). "Ferroelectretos con estabilidad térmica mejorada fabricados a partir de capas de fluorocarbono fusionadas". Revista de Física Aplicada . 101 (5): 054114–054114–8. Código Bib : 2007JAP...101e4114Z. doi : 10.1063/1.2562413. ISSN 0021-8979.
- ^ Altafim, Ruy Alberto Pisani; Qiu, Xunlin; Wirges, Werner; Gerhard, Reimund; Altafim, Ruy Alberto Correa; Basso, Heitor Cury; Jenninger, Werner; Wagner, Joaquín (2009). "Piezoelectretos de fluoroetilenopropileno basados en plantillas con canales tubulares para aplicaciones de transductores". Revista de Física Aplicada . 106 (1): 014106–014106–5. Código Bib : 2009JAP...106a4106A. doi : 10.1063/1.3159039. ISSN 0021-8979. S2CID 122627574.
Referencias
- Gerhard-Multhaupt, R. (2002). "Menos puede ser más. Los agujeros en los polímeros conducen a un nuevo paradigma de materiales piezoeléctricos para transductores electretos". Transacciones IEEE sobre dieléctricos y aislamiento eléctrico . 9 (5): 850–859. doi :10.1109/TDEI.2002.1038668. ISSN 1070-9878.
- Bauer, Sigfrido; Gerhard-Multhaupt, Reimund; Sessler, Gerhard M. (2004). "Ferroelectretos: espumas electroactivas blandas para transductores". Física hoy . 57 (2): 37–43. Código bibliográfico : 2004PhT....57b..37B. doi :10.1063/1.1688068. ISSN 0031-9228.
- Wegener, Michael; Bauer, Sigfrido (2005). "Microtormentas en polímeros celulares: una ruta hacia materiales transductores piezoeléctricos blandos con dipolos macroscópicos diseñados". ChemPhysChem . 6 (6): 1014-1025. doi :10.1002/cphc.200400517. ISSN 1439-4235. PMID 15887192.
- Bauer, S. (2006). "Piezo-, piro- y ferro-electretos: materiales transductores blandos para la conversión de energía electromecánica". Transacciones IEEE sobre dieléctricos y aislamiento eléctrico . 13 (5): 953–962. doi :10.1109/TDEI.2006.247819. S2CID 34332152.