Tesis
Desarrollo de materiales compuestos flexibles cerámicos/polímeros ferroélectricos para el cosechamiento de energía eléctrica
Autor
Riquelme Riquelme, Silvia Angélica
Institución
Resumen
Los materiales compuestos están en pleno auge en el campo de la investigación
debido a su importancia tecnológica, con aplicaciones que van desde productos
cotidianos hasta otras de nicho como la miniaturización de dispositivos electrónicos
y cosechadores de energía. La esencia de un material compuesto es combinar las
propiedades de dos o más fases química y físicamente diferentes, lo que da como
resultado un nuevo material con atractivas propiedades. En particular, los
compuestos basados en cerámicos-poliméricos han recibido gran atención. En
efecto, las propiedades de estos compuestos se pueden adaptar utilizando
diferentes cerámicas ferroeléctricas como cargas y diferentes polímeros como
matriz para lograr las mejores propiedades eléctricas en comparación con las fases
individuales.
Con respecto a las cerámicas ferroeléctricas, las más importantes se basan en
zirconatos de plomo y titanatos de plomo debido a sus buenas propiedades, sin
embargo, se han planteado preocupaciones ambientales debido a su contenido de
plomo buscando así alternativas para sustituirlas produciéndose de esta manera
materiales ferroeléctricos "libre" de este material. Entre éstos se cuentan las
cerámicas Titanato zirconato de bario - Titanato zirconato de calcio (BZT-BCT) y
Niobato de antimonio potasio y sodio - Zirconato de sodio bismuto y potasio (KNNSBNKZ) los cuales son sistemas ferroeléctricos libres de plomo con una estructura
de perovskita que presenta buenas propiedades piezoeléctricas, ferroeléctricas y
electromecánicas.
Por otro lado, entre los polímeros, el polifluoruro de vinilideno (PVDF) y el
polidimetilsiloxano (PDMS) cuentan con un número importante de aplicaciones y de
investigaciones. Esto se debe a su alta elasticidad, flexibilidad, alta resistencia
mecánica en el caso del PDMS y a su alta constante dieléctrica en el caso del PVDF. Es así como, en este trabajo de tesis se estudia el efecto del método de fabricación
comparando el mezclado por solución y el mezclado por fundido a través de un
reómetro de torque (extrusión). Además, se estudió el efecto de dos cerámicas BZTBCT y KNNS-BNKZ embebidas en una matriz de PVDF y PDMS, con el fin de
comparar propiedades estructurales, dieléctricas, piezoeléctricas y capacidad de
generación de energía eléctrica