Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

em materiais ferroelétricos dipolos elétricos permanentes, a origem dos quais é explicada para o
titanato de bário, um dos ferroelétricos mais comuns. A polarização espontânea é uma
consequência do posicionamento de íons Ba 2+ , Ti 4+ e O 2- dentro da célula unitária, como
representado na Figura 19.32. Os íons Ba 2+ estão localizados nos cantos (vértices) da célula
unitária, que é de simetria tetragonal (um cubo que foi ligeiramente alongado numa direção). O
momento de dipolo resulta dos deslocamentos relativos de íons O 2- e Ti 4+ a partir das suas
posições simétricas como mostrado na vista lateral da célula unitária. Os íons O 2- estão localizados
próximos dos centros (mas ligeramente abaixo deles) de cada uma das 6 faces, enquanto que o íon
Ti 4+ está deslocado para cima a partir do centro da célula unitária. Assim, um momento de dipolo
iônico permanente está associado com cada célula unitária. Entretanto, quando o titanato de bário é
aquecido acima do sua temperatura Curie ferroelétrica [120 o C(250 o F)], a célula unitária se
torna cúbica e todos os íons assumem posições simétricas dentro da célula unitária cúbica; o
material agora tem a estrutura cristalina da perovskita (Seção 13.2) e o comportamento
ferroelétrico cessa.
Figura 19.32 – Uma célula unitária de titanato de bário (BaTiO 3 ) (a) numa projeção isométrica, e
(b) olhando numa face, que mostra os deslocamentos dos íons de Ti 4+ e O 2- em relação ao centro
da face.
Polarização espontânea desse grupo de materiais resulta como uma consequência das
interações entre dipolos permanentes adjacentes peloque eles se alinham mutuamente, todos num
mesmo sentido. Por exemplo,com titanato de bário, os deslocamentos relativos de íons O 2- e Ti 4+
estão no mesmo sentido para todas as células unitárias dentro de alguma região volumétrica da
amostra. Outros materiais exibem ferroeletricidade; esses incluem sal de Rochelle
(NaKC 4 H 4 O 6 •4H 2 O), dihidrogeno fosfato de potássio (KH 2 PO 4 ), niobato de potássio (KNbO 3 ),
e o titanato-zirconato de chumbo (Pb[ZrO 3 ,TiO 3 ]). Ferroelétricos têm extremamente altas
constantes dielétricas em relativamente baixas frequências de campo aplicado; por exemplo, à
temperatura ambiente, ε r para o titanato de bário pode ser tão alto quanto 5000.
Consequentemente, capacitores feitos desses materiais pode ser significativamente menores do que
capacitores feitos de outros materiais dielétricos.
19.23 – PIESOELETRICIDADE
Uma propriedade incomum exibida por uns poucos materiais cerâmicos é a
piesoeletricidade, ou, literalmente, “eletricidade sob pressão”; polarização é induzida e um campo
elétrico é estabelecido através de uma amostra pela aplicação de forças externas. Reversão do sinal
de uma força externa (isto é, passando de tração para compressão) reverte o sentido do campo. O
efeito piesoelétrico está demonstrado na Figura 19.33.
Figura 19.33 (a) Dipolos dentro de um material piesoelétrico. (b) Uma voltagem é gerada quando
um material é submetido a uma tensão de compressão. (Adaptada a partir de L.H. Van Vlack,
Elements of Materials Science and Engineering, 6a.Edição, Copyright (c) 1989 Addisson-
Wesley Publishing Co. Reimpressa por permissão de Addison-Wesley Publishing Co.,Inc.,
Reading,MA).