Desenvolvimento, caracterização e aplicação de material cerâmico piezoelétrico

Development, characterization and application of piezoelectric ceramic material

RESUMO

O presente estudo tem por objetivo desenvolver um material cerâmico piezoelétrico (baseado em PZT) que terá como finalidade um sensor de vibração que auxiliará detecção de falhas estruturais, sua aplicação se dará com o auxílio de uma plataforma de prototipagem eletrônica (arduíno). O pó cerâmico foi preparado por meio de mistura de óxidos (PbO, ZrO₂ e TiO₂), respeitando a composição definida, sendo Pb(Zr_0.55Ti_0.45)O₃. Os pós foram calcinados em 850°C por 2h e prensados em formato de pastilhas, que em seguida foram sinterizadas a 1150°C por 2h. Foram realizados ensaios de caracterização estruturais (DRX e Raman), microestruturais (MEV, EDS e WDS) e caracterização dielétrica, após o desenvolvimento e caracterização do material cerâmico, o mesmo foi aplicado com o auxílio de um arduíno. Os resultados de DRX demonstraram a formação das fases do PZT desejadas, a espectroscopia Raman confirmou a fase romboédrica do material, apresentando seus modos característicos nos parâmetros esperados. Na análise de MEV foi observado um aumento significativo do tamanho médio dos grãos quando se comparado ao tamanho médio das partículas da amostra calcinada. O ensaio de EDS identificou os reagentes presentes no material, o ensaio de WDS apresentou a média das porcentagens de cada reagente identificado em diferentes pontos da amostra. No ensaio de propriedades dielétricas verificou-se que a constante dielétrica máxima para PZT está em 12.693 a uma temperatura de Curie 366,13°C, fato que confirma a estequiometria prevista e que o material se apresenta na fase romboédrica. A aplicação se deu com o auxílio do arduíno, onde o sensor apresentou a capacidade de emitir uma tensão elétrica em resposta a uma pressão mecânica. Diante dos resultados, o material produzido apresenta potencial a ser usado como um sensor na detecção de falhas estruturais.

Palavras-chave
Piezoeletricidade; ferroeletricidade; PZT; sensor; dielétrico