DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS FERROELÉCTRICOS DE CERÁMICAS PIEZOELÉCTRICAS LIBRES DE PLOMO A PARTIR DEL ANÁLISIS DE ESPECTROSCOPÍA DE IMPEDANCIA Y MÉTODOS COMPUTACIONALES

FLORENCIA GIBBS; MAURO DIFEO; FEDERICO CAVALIERI; LEANDRO RAMAJO; MIRIAM CASTRO; NICOLAS PEREZ

La Plata

Jornada; JONICET; 2022

CETMIC

Los materiales piezoeléctricos son cada vez más empleados en la fabricación de actuadores, sensores y transductores. En particular, los cerámicos de circonato-titanato de plomo (Pb(Zr,Ti)O3-PZT) son los más utilizados dada su alta sensibilidad, confiabilidad y la capacidad de operar en un amplio intervalo de temperaturas. No obstante, debido a la toxicidad del plomo y sus derivados, es necesario buscar materiales alternativos a los compuestos de PZT [1-2]. En consecuencia, el desarrollo de nuevas composiciones libres de plomo se ha focalizado en sistemas basados en niobatos alcalinos (K0,5Na0,5TiO3), titanatos de bismuto y sodio (Bi0,5Na0,5TiO3) o circonatos-titanato de bario (Ba(Zr0,2Ti0,8)O3) [3-4]. En estos sistemas piezoeléctricos nuevosresulta menester determinar sus parámetros y constantes piezoeléctricas para poder diseñar ydesarrollar dispositivos en forma eficaz. En este sentido, los métodos computacionales basados en elementos finitos, permiten a través de procesos iterativos y valores semilla (ver Fig.1), determinar en forma aproximada las constantes piezoeléctricas de materiales ferroeléctricos. El ajuste final depende fuertemente de conocer un conjunto de parámetros “cercanos” para utilizar como condición inicial. Para tal fin, se utiliza información provista por el fabricante o datos reportados para cerámicas de similares características [5]. Entonces, la impedancia obtenida mediante el método de elementos finitos (MEF) es comparada con la obtenida experimentalmente mediante una función de costo. Existe un criterio de parada que en función del resultado obtenido decide si la solución es buena o si se continúa el proceso de optimización. Entonces, se aplica alguna técnica de optimización para elegir nuevos valores de las constantes del modelo piezoeléctrico y continuar de esta manera con el ciclo.