Materiales piezoelectricos

Ejemplo de aplicación:
Propiedades dieléctricas de los materiales
cerámicos
Condensador con aire entre placas

C=

Q
V

Polarización del material dieléctrico

Condensador con un materialdieléctrico

Dipolo eléctrico

V

V
Momento dipolar eléctrico:

C = ε0

A
d

C =ε

A
A
= κε 0
d
d

µ = q⋅r

(C ⋅ m)

Si N dipolos por unidad de
volumen, la polarización:Polarización del material dieléctrico (C/m2):

P = ε 0 E (κ − 1)
La razón por la que la capacidad aumenta es que el campo eléctrico E (=V/d)
polariza el dieléctrico y produce un aumento de ladensidad de carga igual a la
polarización P (=Q/A).
1

P = N ⋅µ

(C / m 2 )
2

Ej: H2O, buen dieléctrico (κ=80)
(polarización por orientación)

Mecanismos de polarización

3

4

¿Porqué el BaTiO3 tiene una κ tan alta?
Introducción a las perovskitas

Constantes dieléctricas de algunos materiales
•

Materiales con composición química: ABX3

•

Ejemplos: CaTiO3, BaTiO3,PbTiO3, PbZrO3: muy interesantes
tecnológicamente por sus propiedades dieléctricas, pyroeléctricas y
piezoeléctricas

•

La estructura de estos compuestos a alta temperatura es:
Red: CÚBICAPRIMITIVA
Base: Ba2+: (½, ½, ½);

Ti4+ (0,0,0);

O2-: (½, 0, 0); (0, ½, 0), (0, 0, ½);

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6

Ejemplo de aplicación: Perovskitas

Ejemplo de aplicación: Perovskitas
•

Los cationes máspequeños (Ti4+) ocupan sitios octaédricos [6],
mientras que los otros cationes (Ba2+) ocupan huecos dodecaédricos
[12].

•

De los cationes en posiciones
octaédricas obtenemos que:

•

De loscationes en posiciones
dodecaédricas obtenemos que:

[6]

[12]

•

7

Combinando ambas ecuaciones:

r[12 ] + rO = 2 (r[ 6 ] + rO )

Es muy raro que esta ecuación se cumpla exactamente, conlo
que los cationes suelen tener bastante sitio para moverse.

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Transformaciones de fase del BaTiO3

Transformaciones de fase
• BaTiO3

Ejemplo: BaTiO3
• A elevada T, la fase estable...