Materiais piezoelétricos
Introdução
Em geral
Cerâmicas piezoelétricas são o elemento ativo na maioria dos dispositivos e transdutores ultrassônicos mais importantes, sendo os outros cristais de quartzo, cristais solúveis em água, monocristais, semicondutores piezoelétricos, polímeros e compostos piezoelétricos.[1].
As cerâmicas piezoelétricas pertencem ao grupo que proporciona maior flexibilidade de formato e propriedades, sendo amplamente utilizadas na fabricação de equipamentos industriais, especificamente em sistemas de limpeza, equipamentos de soldagem ultrassônica, para ensaios não destrutivos e equipamentos para monitoramento de vibrações.[2].
História
Em meados do século, Linnaeus e Aepinus verificaram a existência de um potencial elétrico em resposta a mudanças de temperatura em determinados materiais. No final do século, Coulomb já teorizava que a eletricidade poderia ser produzida através da aplicação de pressão. O fenômeno piezoelétrico foi descoberto por René-Just Haüy, mineralogista francês, por volta de 1870, embora seus experimentos tenham sido inconclusivos. Alguns anos depois, em 1880, os irmãos Jacques e Pierre Curie observaram experimentalmente que a aplicação de pressão a um cristal de quartzo estabelecia nele cargas elétricas (o prefixo "piezo" deriva do grego piezein, que significa 'pressionar'). Posteriormente verificaram que os mesmos materiais que apresentam o efeito piezoelétrico também apresentam o efeito oposto, em que mudam de forma sob a influência de um campo elétrico, dando origem ao que se denomina efeito piezoelétrico inverso.
Após a Primeira Guerra Mundial, devido à dificuldade em excitar transdutores construídos com quartzo, devido à sua demanda por sistemas de alta tensão, iniciaram-se pesquisas com materiais sintéticos piezoelétricos. Nas décadas de 1940 e 1950, esses esforços levaram à fabricação da primeira cerâmica piezoelétrica, titanato de bário (pela antiga União Soviética e Japão) e titanato zirconato de chumbo (cerâmica piezoelétrica) pelos Estados Unidos.[2][3].
Devido à sua capacidade de converter deformação mecânica em energia elétrica e energia elétrica em deformação mecânica, os cristais piezoelétricos encontram uma ampla variedade de aplicações em transdutores de pressão, agulhas para toca-discos de vinil, microfones, cristais ressonadores para relógios, sensores de pressão, aceleração, tensão ou força, em osciladores eletrônicos de alta frequência, etc.