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Ferroelectret

Un ferroelectreto , también conocido como piezoelectreto , es una película delgada de espuma polimérica que exhibe propiedades piezoeléctricas y piroeléctricas tras la carga elé...

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Un ferroelectreto , también conocido como piezoelectreto , es una película delgada de espuma polimérica que exhibe propiedades piezoeléctricas y piroeléctricas tras la carga eléctrica. Las espumas ferroelectretas suelen consistir en una estructura polimérica celular rellena de aire. Los compuestos de polímero-aire son elásticamente blandos debido a su alto contenido de aire, así como al tamaño y la forma de las paredes poliméricas. 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 la estabilidad y, por consiguiente, el rango de aplicaciones. [ 1 ]

Cómo 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 correspondiente 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 de van der Waals y electrostáticas relativamente débiles entre las cadenas en comparación con los fuertes enlaces covalentes dentro de la cadena. La disminución del espesor resulta, por lo tanto, en un aumento de la densidad dipolar y, por consiguiente, en un aumento de las cargas en los electrodos, lo que produce un coeficiente d33 negativo debido a la piezoelectricidad de densidad dipolar (o secundaria). En los polímeros celulares (ferroelectretos), la tensión en la dirección 3 también disminuye el espesor de la muestra. La disminución del espesor se produce predominantemente a través de los huecos, los momentos dipolares macroscópicos disminuyen, al igual que 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 mediante, por ejemplo, moldes, plantillas, corte láser , etc. El termoformado de sistemas de capas a partir de películas de electreto ha dado lugar a ferroelectretos térmicamente más estables. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

Notas

  1. ^ 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. Bibcode : 2006Fer...331..189M . doi : 10.1080/00150190600737933 . ISSN 0015-0193 . S2CID 120418324 .  
  2. ↑ Lindner, M.; Hoislbauer, H.; Schwodiauer, R.; Bauer-Gogonea, S.; Bauer, S. (2004). "Polímeros celulares cargados con comportamiento "ferroeléctrico"". IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation . 11 (2): 255– 263. doi : 10.1109/TDEI.2004.1285895 . ISSN 1070-9878 . S2CID 25113767 .  
  3. ↑ Hillenbrand, Joachim; Sessler, Gerhard M. (2004). "Micrófonos piezoeléctricos de alta sensibilidad basados ​​en películas de polímero celular apiladas (L)" . The Journal of the Acoustical Society of America . 116 (6): 3267– 3270. Bibcode : 2004ASAJ..116.3267H . doi : 10.1121/1.1810272 . ISSN 0001-4966 . 
  4. ↑ RAC Altafim; HC Basso; RAP Altafim; L. Lima; CV de Aquino; LG Neto; R. Gerhard-Multhaupt (2006). "Piezoelectrets from thermo-formed bubble structures of fluoropolymer-electret films". IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation . 13 (5): 979– 985. doi : 10.1109/TDEI.2006.247822 . S2CID 22658706 . 
  5. ↑ Zhang, X.; Hillenbrand, J.; Sessler, GM (2007). "Ferroelectretos con estabilidad térmica mejorada hechos de capas de fluorocarbono fusionadas". Journal of Applied Physics . 101 (5): 054114–054114–8. Bibcode : 2007JAP...101e4114Z . doi : 10.1063/1.2562413 . ISSN 0021-8979 . 
  6. ↑ 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 dan lugar a un nuevo paradigma de materiales piezoeléctricos para transductores electret". IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation . 9 (5): 850– 859. doi : 10.1109/TDEI.2002.1038668 . ISSN 1070-9878 . 
  • Bauer, Siegfried; Gerhard-Multhaupt, Reimund; Sessler, Gerhard M. (2004). "Ferroelectrets: Soft Electroactive Foams for Transducers". Physics Today . 57 (2): 37– 43. Bibcode : 2004PhT....57b..37B . doi : 10.1063/1.1688068 . ISSN 0031-9228 . 
  • Wegener, Michael; Bauer, Siegfried (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 ferroelectretos: materiales transductores blandos para la conversión de energía electromecánica". IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation . 13 (5): 953– 962. doi : 10.1109/TDEI.2006.247819 . S2CID 34332152 .