Flexoelectricidad

Polarización debida a un gradiente de tensión

La flexoelectricidad es una propiedad de un material dieléctrico en la que hay un acoplamiento entre la polarización eléctrica y un gradiente de tensión . La flexoelectricidad está estrechamente relacionada con la piezoelectricidad , pero mientras que la piezoelectricidad se refiere a la polarización debida a una tensión uniforme, la flexoelectricidad se refiere específicamente a la polarización debida a una tensión que cambia de un punto a otro en el material. Esta tensión no uniforme rompe la centrosimetría , lo que significa que, a diferencia de la piezoelectricidad, los efectos flexoeléctricos ocurren tanto en estructuras cristalinas centrosimétricas como asimétricas. ^[1] La flexoelectricidad no es lo mismo que la ferroelasticidad . La flexoelectricidad desempeña un papel fundamental a la hora de explicar muchos comportamientos electromecánicos interesantes en materiales cristalinos duros y fenómenos de transducción mecanoeléctrica central en biomateriales blandos. [2] Lo más interesante es que la flexoelectricidad es un efecto dependiente del tamaño que se vuelve más significativo en sistemas a nanoescala, como las puntas de las grietas. [ ^{3 ]}

En el lenguaje común, la flexoelectricidad es la generación de polarización debido a un gradiente de deformación; la flexoelectricidad inversa es cuando la polarización, a menudo debida a un campo eléctrico aplicado, genera un gradiente de deformación. La flexoelectricidad inversa es cuando un gradiente de polarización induce deformación en un material. ^[4]

La polarización eléctrica debida a la deformación mecánica de un dieléctrico se da por ${\displaystyle P_{i}}$ ${\displaystyle \epsilon _{ij}}$

${\displaystyle P_{i}=e_{ijk}\epsilon _{jk}+\mu _{ijkl}{\frac {\partial \epsilon _{jk}}{\partial x_{l}}}}$

donde el primer término corresponde al efecto piezoeléctrico directo y el segundo término corresponde a la polarización flexoeléctrica inducida por el gradiente de deformación.

Aquí, el coeficiente flexoeléctrico, , es un tensor polar de cuarto rango y es el coeficiente correspondiente al efecto piezoeléctrico directo. ${\displaystyle \mu _{ijkl}}$ ${\displaystyle e_{ijk}}$

Véase también

• Piezoelectricidad
• Ferroelectricidad
• Ferroelasticidad
• Efecto triboeléctrico

Referencias

1. Pavlo Zubko, Gustau Catalan y Alexander K. Tagantsev (2013). "Efecto flexoeléctrico en sólidos". Revisión anual de investigación de materiales . 43 : 387–421. Bibcode :2013AnRMS..43..387Z. doi :10.1146/annurev-matsci-071312-121634. hdl : 10261/99362 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
2. Thanh D. Nguyen, Sheng Mao, Yao-Wen Yeh, Prashant K. Purohit, Michael C. McAlpine (2013). "Flexoelectricidad a nanoescala". Adv. Mater. 25 (7): 946–974. doi :10.1002/adma.201203852. PMID  23293034. {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
3. Hongguang Wang, Xijie Jiang, Yi Wang, Robert W. Stark, Peter A. van Aken, Jochen Mannhart, Hans Boschker (2020). "Observación directa de una enorme polarización flexoeléctrica alrededor de las puntas de las grietas". Nano Lett. 20 (1): 88–94. doi :10.1021/acs.nanolett.9b03176. PMID  31851827. {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
4. Abdollahi A, Domingo N, Arias I, Catalan G (2019). "La flexoelectricidad inversa produce grandes señales de microscopía de fuerza de piezorespuesta en materiales no piezoeléctricos". Nature Communications . 10 (1): 1266. Bibcode :2019NatCo..10.1266A. doi : 10.1038/s41467-019-09266-y . PMC 6427004 . PMID  30894544. 

Enlaces externos

• Introducción a la flexoelectricidad Archivado el 6 de marzo de 2009 en Wayback Machine.