Esta página enumera las propiedades de varios materiales piezoeléctricos de uso común .
Los materiales piezoeléctricos (PM) se pueden clasificar en términos generales como cristalinos, cerámicos o poliméricos. [1] Las cerámicas piezoeléctricas producidas con mayor frecuencia son el titanato de circonato de plomo (PZT), el titanato de bario y el titanato de plomo. El nitruro de galio y el óxido de zinc también pueden considerarse cerámicos debido a sus bandas prohibidas relativamente amplias . Los PM semiconductores ofrecen características como compatibilidad con circuitos integrados y dispositivos semiconductores. Los PM cerámicos inorgánicos ofrecen ventajas sobre los cristales individuales, incluida la facilidad de fabricación en una variedad de formas y tamaños sin direcciones cristalográficas limitadas. Los PM de polímeros orgánicos , como el PVDF , tienen un módulo de Young bajo en comparación con los PM inorgánicos. Los polímeros piezoeléctricos (PVDF, 240 mV-m/N) poseen constantes de tensión piezoeléctrica ( g 33 ), un parámetro importante en los sensores, más altas que las cerámicas (PZT, 11 mV-m/N), lo que demuestra que pueden ser mejores sensores que los cerámicos (PZT, 11 mV-m/N). cerámica. Además, los sensores y actuadores poliméricos piezoeléctricos, debido a su flexibilidad de procesamiento, pueden fabricarse fácilmente en áreas grandes y cortarse en una variedad de formas. Además, los polímeros también exhiben alta resistencia, alta resistencia al impacto, baja constante dieléctrica, baja rigidez elástica y baja densidad, por lo tanto una alta sensibilidad al voltaje que es una característica deseable junto con una baja impedancia acústica y mecánica útil para aplicaciones médicas y subacuáticas.
Entre los PM, las cerámicas PZT son populares porque tienen una alta sensibilidad y un alto valor de g 33 . Sin embargo, son frágiles. Además, muestran una baja temperatura de Curie , lo que genera limitaciones en términos de aplicaciones en condiciones ambientales adversas. Sin embargo, resulta prometedora la integración de discos cerámicos en aparatos industriales moldeados de plástico. Esto dio como resultado el desarrollo de compuestos de polímero PZT y la integración factible de compuestos de PM funcionales a gran escala, mediante soldadura térmica simple o mediante procesos de conformación. Se han informado varios enfoques hacia la PM cerámica sin plomo, como monocristales piezoeléctricos (langasita) y cerámicas ferroeléctricas con estructura de perovskita y ferroeléctricos estructurados en capas de bismuto (BLSF), que han sido ampliamente investigados. Además, varios ferroeléctricos con estructura de perovskita (BaTiO 3 [BT], (Bi 1/2 Na 1/2 ) TiO 3 [BNT], (Bi 1/2 K 1/2 ) TiO 3 [BKT], KNbO 3 [ KN], (K, Na) NbO 3 [KNN]) han sido investigados por sus propiedades piezoeléctricas.
Propiedades piezoeléctricas clave
La siguiente tabla enumera las siguientes propiedades de los materiales piezoeléctricos.
- Los coeficientes piezoeléctricos ( d 33 , d 31 , d 15 , etc.) miden la tensión inducida por un voltaje aplicado (expresado en metros por voltio). Los coeficientes d ij elevados indican desplazamientos mayores que se necesitan para accionar los dispositivos transductores. El coeficiente d 33 mide la deformación en la misma dirección (eje de polarización) que el potencial inducido, mientras que d 31 describe la respuesta cuando la fuerza se aplica perpendicular al eje de polarización. El coeficiente d 15 mide la respuesta cuando el esfuerzo mecánico aplicado se debe a una deformación por corte.
- La permitividad relativa (εr ) es la relación entre la permitividad absoluta del material piezoeléctrico, ε, y la permitividad del vacío, ε0 .
- El factor de acoplamiento electromecánico k es un indicador de la efectividad con la que un material piezoeléctrico convierte energía eléctrica en energía mecánica, o convierte energía mecánica en energía eléctrica. El primer subíndice de k indica la dirección en la que se aplican los electrodos; el segundo denota la dirección en la que se aplica o desarrolla la energía mecánica.
- El factor de calidad mecánica Q m es una propiedad importante de alta potencia de las cerámicas piezoeléctricas. Es la inversa de la pérdida mecánica tan ϕ.
Mesa
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