Nous polímers piezoelèctrics
2007/12/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
La piezoelectricitat --electricitat per pressió, és la polarització elèctrica que es genera en un material per una tensió mecànica grega. Aquest fenomen es coneix com a efecte directe o efecte generador i s'utilitza principalment en la fabricació de sensors (micròfons, sensors d'ultrasons, etc.). ). Però també ocorre el contrari amb els materials piezoelèctrics, és a dir, l'efecte invers o efecte motriu: una càrrega elèctrica produeix la deformació mecànica del material. Per això, els materials piezoelèctrics també s'utilitzen en els actuadors. Són molt útils, per exemple, en aquells casos en els quals es requereixen moviments de gran precisió, ja que mitjançant senyals elèctrics es pot controlar la deformació de materials piezoelèctrics amb precisió micromètrica.
La piezoelectricitat va ser descoberta pels germans Curie en 1880. Alguns cristalls, com el quars, van demostrar un efecte piezoelèctric directe. No obstant això, fins al començament de la Primera Guerra Mundial no es va donar cap aplicació pràctica a la piezoelectricitat. En aquella època, el físic francès Paul Langevin va desenvolupar el sonar de detecció de submarins per ultrasons utilitzant el quars com a material piezoelèctric.
L'ús reeixit de la piezoelectricitat a Sonar va donar un gran impuls a la recerca en materials piezoelèctrics. I a partir de llavors van començar a trobar nous materials i aplicacions.
Durant les últimes quatre dècades s'han utilitzat com a material piezoelèctric ceràmiques tipus perovskita (formades per titanato de zirconio i plom), sobretot en aplicacions acústiques. Per les seves característiques són aptes per a això i s'han utilitzat amb èxit per a moltes altres coses. No obstant això, les ceràmiques piezoelèctriques presenten desavantatges com la baixa deformació, la fragilitat i l'alta densitat de massa. Així, no són adequats per a sectors com l'aeronàutic o l'elèctric-electrònic. Aquestes limitacions es poden superar en aplicacions específiques mitjançant la substitució de materials ceràmics per materials piezoelèctrics polimèrics.
Alguns polímers piezoelèctrics podien ser coneguts des dels anys 20, però fins als anys 60 no se'ls va prestar molta atenció. Llavors, Fukada i els seus companys van descobrir que en exercir força mecànica sobre les pel·lícules arrodonides de polipèptid i altres polímers es produïa una càrrega elèctrica en les seves superfícies. Posteriorment, Kawai va descobrir en 1969 la capacitat piezoelèctrica del polifluoruro de vinilideno (PVDF). Això va suposar un gran avanç, ja que l'efecte piezoelèctric observat en el PVDF era deu vegades superior a l'observat en qualsevol altre polímer.
Els polímers piezoelèctrics són molt més flexibles que les ceràmiques, no es trenquen, són més lleugers i són molt més adaptables. A més, tenen millors propietats per a la funció de sensor. En l'actualitat s'utilitzen polímers piezoelèctrics en equips mèdics, robòtica, electrònica i transductors, entre altres.
Però l'únic polímer piezoelèctric que existeix actualment en el mercat és aquell polifluoruro de vinilideno de 1969 --i els seus copolímers -. Es tracta d'un polímer semicristalino amb propietats piezoelèctriques molt bones com s'ha comentat anteriorment, però que no suporta temperatures superiors a 90 °C. A partir d'aquesta temperatura, perd la propietat piezoelèctrica. Per això, els investigadors estan tractant de sintetitzar nous polímers piezoelèctrics capaços de mantenir les seves propietats a temperatures més altes perquè els polímers piezoelèctrics tinguin més aplicacions.
Piezoelectricitat a altes temperatures
El Departament de Plàstics i Composites de GAIKER-IK4 porta diversos anys treballant en aquest camp. Les recerques realitzades en col·laboració amb el Departament de Química Física de la UPV han donat lloc a la creació de nous polímers piezoelèctrics. També han sol·licitat palès en l'Oficina Espanyola de Patents i Marques.
Han creat polímers piezoelèctrics amorfs capaços de suportar temperatures superiors a les dels polímers semicristalinos. Després de provar diferents materials, finalment es va optar per la utilització de poliimidas, per les seves excel·lents propietats tèrmiques, mecàniques i dielèctriques. En aquestes molècules s'han introduït diversos grups dipolars (-CN, -SOTA 2 -, -CF 3 ), modificant el seu número i posició per a modelizar les seves propietats físiques i per tant les seves propietats piezoelèctriques.
D'altra banda, per a aquestes poliimidas s'ha considerat que el valor de la temperatura de transició vítria és fonamental, ja que determina a quina temperatura es perden les propietats piezoelèctriques. Les poliimidas piezoelèctriques mantenen una estabilitat piezoelèctrica fins als 150 °C i no comencen a degradar-se fins a superar temperatures superiors als 400 °C. Per tant, les poliimidas piezoelèctriques poden ser apropiades per a utilitzar polímers en condicions fins ara inutilitzades.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
