Novos polímeros piezoeléctricos
2007/12/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
A piezoelectricidad --electricidade por presión, é a polarización eléctrica que se xera nun material por unha tensión mecánica grega. Este fenómeno coñécese como efecto directo ou efecto xerador e utilízase principalmente na fabricación de sensores (micrófonos, sensores de ultrasonidos, etc.). ). Pero tamén ocorre o contrario cos materiais piezoeléctricos, é dicir, o efecto inverso ou efecto motriz: una carga eléctrica produce a deformación mecánica do material. Por iso, os materiais piezoeléctricos tamén se utilizan nos actuadores. Son moi útiles, por exemplo, naqueles casos nos que se requiren movementos de gran precisión, xa que mediante sinais eléctricos pódese controlar a deformación de materiais piezoeléctricos con precisión micrométrica.
A piezoelectricidad foi descuberta polos irmáns Curie en 1880. Algúns cristais, como o cuarzo, demostraron un efecto piezoeléctrico directo. Con todo, até o comezo da Primeira Guerra Mundial non se deu ningunha aplicación práctica á piezoelectricidad. Naquela época, o físico francés Paul Langevin desenvolveu o soar de detección de submarinos por ultrasonidos utilizando o cuarzo como material piezoeléctrico.
O uso exitoso da piezoelectricidad en Soar deu un gran impulso á investigación en materiais piezoeléctricos. E a partir de entón empezaron a atopar novos materiais e aplicacións.
Durante as últimas catro décadas utilizáronse como material piezoeléctrico cerámicas tipo perovskita (formadas por titanato de zirconio e chumbo), sobre todo en aplicacións acústicas. Polas súas características son aptas paira iso e utilizáronse con éxito paira outras moitas cousas. Con todo, as cerámicas piezoeléctricas presentan desvantaxes como a baixa deformación, a fraxilidade e a alta densidade de masa. Así, non son adecuados paira sectores como o aeronáutico ou o eléctrico-electrónico. Estas limitacións pódense superar en aplicacións específicas mediante a substitución de materiais cerámicos por materiais piezoeléctricos poliméricos.
Algúns polímeros piezoeléctricos podían ser coñecidos desde os anos 20, pero até os anos 60 non se lles prestou moita atención. Entón, Fukada e os seus compañeiros descubriron que ao exercer forza mecánica sobre as películas redondeadas de polipéptido e outros polímeros producíase una carga eléctrica nas súas superficies. Posteriormente, Kawai descubriu en 1969 a capacidade piezoeléctrica do polifluoruro de vinilideno (PVDF). Isto supuxo un gran avance, xa que o efecto piezoeléctrico observado no PVDF era dez veces superior ao observado en calquera outro polímero.
Os polímeros piezoeléctricos son moito máis flexibles que as cerámicas, non rompen, son máis lixeiros e son moito máis adaptables. Ademais, teñen mellores propiedades paira a función de sensor. Na actualidade utilízanse polímeros piezoeléctricos en equipos médicos, robótica, electrónica e transductores, entre outros.
Pero o único polímero piezoeléctrico que existe actualmente no mercado é aquel polifluoruro de vinilideno de 1969 --e os seus copolímeros -. Trátase dun polímero semicristalino con propiedades piezoeléctricas moi boas como se comentou anteriormente, pero que non soporta temperaturas superiores a 90ºC. A partir desta temperatura, perde a propiedade piezoeléctrica. Por iso, os investigadores están a tratar de sintetizar novos polímeros piezoeléctricos capaces de manter as súas propiedades a temperaturas máis altas para que os polímeros piezoeléctricos teñan máis aplicacións.
Piezoelectricidad a altas temperaturas
O Departamento de Plásticos e Composites de GAIKER-IK4 leva varios anos traballando neste campo. As investigacións realizadas en colaboración co Departamento de Química Física da UPV deron lugar á creación de novos polímeros piezoeléctricos. Tamén solicitaron patente na Oficina Española de Patentes e Marcas.
Crearon polímeros piezoeléctricos amorfos capaces de soportar temperaturas superiores ás dos polímeros semicristalinos. Tras probar diferentes materiais, finalmente optouse pola utilización de poliimidas, polas súas excelentes propiedades térmicas, mecánicas e dieléctricas. Nestas moléculas introducíronse varios grupos dipolares (-CN, -SO 2 -, -CF 3 ), modificando o seu número e posición paira modelizar as súas propiedades físicas e por tanto as súas propiedades piezoeléctricas.
Doutra banda, paira estas poliimidas considerouse que o valor da temperatura de transición vítrea é fundamental, xa que determina a que temperatura pérdense as propiedades piezoeléctricas. As poliimidas piezoeléctricas manteñen una estabilidade piezoeléctrica até os 150 ºC e non comezan a degradarse até superar temperaturas superiores aos 400 ºC. Por tanto, as poliimidas piezoeléctricas poden ser apropiadas paira utilizar polímeros en condicións até agora inutilizadas.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
