Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

Materiais piesoelétricos são utilizados em transdutores, dispositivos que convertem energia
elétrica em deformação mecânica, ou vice versa. Aplicações familiares que empregam piesoelétricos
incluem tomadas fonográficas, microfones, geradores ultrassônicos, extensômetros (“strain gages”) e
detetores de sonar. Num cartucho fonográfico, quando o estilete (“agulha”) percorre a trilha de um
disco, uma variação da pressão é imposta num material piesoelétrico localizadono cartucho, que é
então transformado num sinal elétrico e amplificado antes de ir para o falador (“speaker”).
Materiais piesoelétricos incluem titanato de bário e chumbo, zirconato de chumbo
(PbZrO 3 ), dihidrogeno-fosfato de amônio (NH 4 H 2 PO 4 ) e quartzo. Essa propriedade é
característica de materiais tendo estruturas cristalinas complexas com baixo grau de simetria. O
comportamento piesolétrico de uma amostra policristalina pode ser melhorado por aquecimento
acima da sua temperatura Curie e a seguir resfriamento à temperatura ambiente num forte campo
elétrico.
SUMÁRIO
A facilidade com a qual um material é capaz de transmitir corrente elétrica é expressa em
termos de condutibilidade elétrica ou a sua recíproca, resistividade. Com base na sua
condutibilidade, um material sólido pode ser classificado como um metal, um semicondutor ou
como um isolante.
Para muitos materiais, uma corrente elétrica resulta do movimento de elétrons livres, que
são acelerados em resposta a um campo elétrico aplicado. O número desses elétrons livres
depende da estrutura de banda de energia do material. Uma banda de elétron é justo uma série de
estados eletrônicos que estão estreitamente espaçados em relação à energia e uma tal banda existe
para cada subcamada eletrônica num átomo isolado. Por “estrutura de banda de energia de
elétron” entende-se a maneira na q ual as bandas mais externas são arranjadas entre si e a
seguir preenchidas com elétrons. Um tipo distintivo de estrutura de banda existe para metais, para
semicondutores e par isolantes. Um elétron se torna livre através da excitação a partir de um estado
preenchido numa banda para um estado vazio disponível acima do nível de Fermi. Energias
relativamente pequenas são requeridas para excitações de elétrons em metais, dando origem a um
grande número de elétrons livres. Maiores energias são requeridas para excitações em
semicondutores e isoladores, o que explica as suas menores concentrações de elétrons livres e
menores valores de condutibilidade.
Elétrons livres sendo postos em ação por um campo elétrico são espalhados por
imperfeições na rede cristalina. A magnitude da mobilidade eletrônica é indicativa da frequência
desses eventos esplhadores. Em muitos materiais, a condutibilidade elétrica é proporcional ao
produto da concentração eletrônica pela mobilidade eletrônica. J
Para materiais metálicos, resistividade elétrica cresce com o aumento da temperatura, do
teor de impurezas e com a deformação plástica. A contribuição de cada componente para a
resistividade total é aditiva.
Semicondutores podem ser tanto elementos (Si e Ge) quanto compostos covalentemente
ligados. Com esses materiais, em adição a elétrons livres, buracos ( elétrons ausentes na banda de
valência) podem também participar no processo de condução. Com base no comportamento
elétrico, semicondutore são classificados como intrínsecos ou extrínsecos. Para comportamento
intrínseco, as propriedades elétricas são inerentes ao material puro e concentrações de elétron e de