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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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¿Cómo hacer materiales piezoeléctricos?


Una cerámica piezoeléctrica tradicional es una masa de cristales cerámicos de perovskita, cada uno de los cuales consiste en un ion metálico tetravalente pequeño, generalmente titanio o circonio, en una red de iones metálicos divalentes más grandes, generalmente plomo o bario, y iones O2. Bajo condiciones que confieren simetría tetragonal o romboédrica sobre los cristales, cada cristal tiene un momento dipolar.

Para preparar una cerámica piezoeléctrica, se mezclan polvos finos PZT de los óxidos metálicos componentes en proporciones específicas, luego se calientan para formar un polvo uniforme. El polvo piezo se mezcla con un aglutinante orgánico y se forma en elementos estructurales que tienen la forma deseada (discos, barras, placas, etc.). Los elementos se disparan de acuerdo con un programa específico de tiempo y temperatura, durante el cual las partículas de polvo piezoeléctrico se sinterizan y el material alcanza una estructura cristalina densa. Los elementos se enfrían, luego se conforman o se recortan según las especificaciones, y los electrodos se aplican a las superficies apropiadas.

Por encima de una temperatura crítica, el punto de Curie, cada cristal de perovskita en el elemento cerámico cocido muestra una simetría cúbica simple sin momento dipolar. Sin embargo, a temperaturas inferiores al punto de Curie, cada cristal tiene una simetría tetragonal o romboédrica y un momento dipolar. Los dipolos adyacentes forman regiones de alineación local llamadas dominios. La alineación da un momento dipolar neto al dominio, y por lo tanto una polarización neta. Sin embargo, la dirección de la polarización entre dominios vecinos es aleatoria, por lo que el elemento cerámico no tiene polarización general.

Los dominios en un elemento cerámico piezoeléctrico se alinean exponiendo el elemento a un campo eléctrico de corriente continua fuerte, generalmente a una temperatura ligeramente inferior al punto de Curie. A través de este tratamiento de polarización (polarización), los dominios casi alineados con el campo eléctrico se expanden a expensas de los dominios que no están alineados con el campo, y el elemento se alarga en la dirección del campo. Cuando se elimina el campo eléctrico, la mayoría de los dipolos se bloquean en una configuración de alineación cercana. El elemento ahora tiene una polarización permanente, la polarización remanente, y se alarga permanentemente.



Pulido de una cerámica piezoeléctrica

Efectos del campo eléctrico.

Análogamente a las características correspondientes de los materiales ferromagnéticos, un material ferroeléctrico pulido exhibe histéresis. La Figura 1.3 muestra una curva de histéresis típica creada al aplicar un campo eléctrico a un elemento cerámico piezoeléctrico hasta que se alcanza la polarización máxima, Ps, reduciendo el campo a cero para determinar la polarización remanente, Pr, invirtiendo el campo para lograr una polarización máxima negativa y polarización remanente negativa, y revertir el campo para restaurar la polarización remanente positiva. El trazado debajo de la curva de histéresis traza el cambio relativo en la dimensión del elemento cerámico a lo largo de la dirección de polarización, correspondiente al cambio en el campo eléctrico. El aumento / disminución relativo en la dimensión paralela a la dirección del campo eléctrico está acompañado por una disminución / aumento relativo correspondiente, pero aproximadamente un 50% más pequeño, en la dimensión perpendicular al campo eléctrico. Figura 1.3. Efectos del campo eléctrico (E) en la polarización (P) y el alargamiento / contracción correspondiente de un elemento cerámico

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