{"id":1293,"date":"2017-04-27T15:21:43","date_gmt":"2017-04-27T14:21:43","guid":{"rendered":"http:\/\/www.icmm.csic.es\/eosmad\/?page_id=1293"},"modified":"2019-04-25T09:59:17","modified_gmt":"2019-04-25T09:59:17","slug":"ceramicas-piezoelectricas","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/wp.icmm.csic.es\/eosmad\/lineas-de-investigacion\/ceramicas-piezoelectricas\/","title":{"rendered":"Nuevas Tecnolog\u00edas Cer\u00e1micas Piezoel\u00e9ctricas"},"content":{"rendered":"
persona de contacto: Miguel Alguer\u00f3<\/a><\/h5>\n

Dise\u00f1o de nuevas cer\u00e1micas piezoel\u00e9ctricas
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Las cer\u00e1micas piezoel\u00e9ctricas son la base de una tecnolog\u00eda ubicua y madura que se presenta en los elementos activos de una gran variedad de dispositivos de transducci\u00f3n electromec\u00e1nica, que incluyen sensores, actuadores, sistemas inteligentes, transductores ultras\u00f3nicos o dispositivos de ac\u00fastica submarina, entre otros. Las cer\u00e1micas piezoel\u00e9ctricas tambi\u00e9n se est\u00e1n considerando para nuevas aplicaciones tales como la recolecci\u00f3n de energ\u00eda (energy harvesting) y la transducci\u00f3n magnetoel\u00e9ctrica. En la actualidad, son los \u00f3xidos con estructura perovskita Pb(Zr,Ti)O3<\/sub> (PZT), con composiciones alrededor de la denominada frontera de fase morfotr\u00f3pica (morphotropic phase boundary – MPB) entre los polimorfos ferroel\u00e9ctricos rombo\u00e9drico y tetragonal, los que muestran el mejor rendimiento en estas aplicaciones. A\u00fan as\u00ed, presentan una serie de limitaciones que ha provocado un extenso trabajo de b\u00fasqueda de alternativas. El hecho de que el rango de temperaturas de funcionamiento de las cer\u00e1micas de PZT est\u00e9 por debajo de 200\u00baC impide su integraci\u00f3n en dispositivos piezoel\u00e9ctricos que est\u00e9n sometidos a temperaturas superiored. En nuestro grupo trabajamos en la actualidad en el desarrollo de materiales alternativos que puedan operar en entornos con condiciones extremas de altas temperaturas. El dise\u00f1o qu\u00edmico de nuevas soluciones s\u00f3lidas tipo perovskita con MPBs ferroel\u00e9ctricos es parte de ese esfuerzo, buscando la subida de las temperaturas de transici\u00f3n (temperatura de Curie) y el control de los defectos puntuales para el fomento de propiedades espec\u00edficas del material. Para cumplir esto objetivos es importante el uso la mecanoqu\u00edmica en el proceso de s\u00edntesis. M\u00e1s concretamente, hemos desarrollado recientemente dos cer\u00e1micas de BiScO3<\/sub>-PbTiO3<\/sub> que gracias al dise\u00f1o de la configuraci\u00f3n de defectos puntuales son apropiados para su uso para la producci\u00f3n de alto voltajes o para sensorizaci\u00f3n precisa, con temperaturas de funcionamiento hasta 400\u00baC. Otro aspecto importante a tener en cuenta son las regulaciones medioambientales a nivel mundial, y en concreto la EU-Directive 2002\/95\/EC (RoHS) que restringe el uso de plomo  en dispositivos el\u00e9ctricos y electr\u00f3nicos, como sustancia peligrosa para la salud y el medio ambiente. Esto ha fomentado al b\u00fasqueda de alternativas libres de plomo a las actuales piezocer\u00e1micas comerciales basadas en PZT. Nuestro grupo, aplicando los mismos conceptos de dise\u00f1o qu\u00edmico y aproximaci\u00f3n a la s\u00edntesis, investiga nueva soluciones s\u00f3lidas de perovskita basadas en Bi. Adem\u00e1s, aprovechando sus instalaciones y experiencia en la caracterizaci\u00f3n el\u00e9ctrica, mec\u00e1nica y electromec\u00e1nica, el grupo colabora regularmente con otros grupos a nivel mundial en la caracterizaci\u00f3n de los materiales libres de plomo que tambi\u00e9n ellos est\u00e1n desarrollando.
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Estructuraci\u00f3n a diferentes escalas de cer\u00e1micas piezoel\u00e9ctricas de alta sensibilidad<\/span><\/strong><\/h3>\n
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Otra limitaci\u00f3n de las piezocer\u00e1micas de alta sensibilidad es su pobre rendimiento mec\u00e1nico. Esto no solo limita los n\u00edveles de deformaci\u00f3n y tensi\u00f3n a los que pueden ser sometidas, sino que tambi\u00e9n dificulta su mecanizaci\u00f3n, lo que puede impedir la fabricaci\u00f3n de elementos con formas o caracter\u00edsticas especiales requeridas en algunos casos concretos. Un procedimiento bien conocido para mejorar este aspecto es la reducci\u00f3n del tama\u00f1o de grano a la escala submicrom\u00e9trica, e incluso nanom\u00e9trica. El problema que surge es que en el caso de las cer\u00e1micas piezoel\u00e9ctricas esto da lugar a una degradaci\u00f3n de su funcionalidad. En nuestro grupo trabajamos en la actualidad en el desarrollo de cer\u00e1micas submicro y nanoestructuradas, con un rendimiento mec\u00e1nico mejorado, pero manteniendo su completa funcionalidad. Se investigan nuevas soluciones s\u00f3lidas de perovskita de tama\u00f1o de grano reducido obtenidas por m\u00e9todos avanzados como spark plasma sintering.  En concreto, hemos desarrollado recientemente dos cer\u00e1micas de BiScO3<\/sub>-PbTiO3<\/sub> modificados para applicaciones de respuesta de alta potencia y voltaje, dise\u00f1adas microestructuralmente para operar bajo altas tensiones. Tambi\u00e9n consideramos el control microestructural a otro nivel. La texturaci\u00f3n cer\u00e1mica es un medio muy eficiente de mejorar la respuesta piezoel\u00e9ctrica. Hemos demostrado la viabilidad de una nueva aproximaci\u00f3n al crecimiento de grano orientado por plantillas (templated grain growth) usnado tecnolog\u00edas cer\u00e1micas convencionales para el procesado de cer\u00e1micas de Pb(Mg1\/3<\/sub>Nb2\/3<\/sub>)-PbTiO3<\/sub> orientadas <001> con respuestas piezoel\u00e9ctricas muy altas.
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