Los materiales piezoeléctricos se utilizan para aplicaciones que van desde el encendedor de chispas en parrillas de barbacoa hasta los transductores necesarios para la obtención de imágenes de ultrasonido médico. Los piezoeléctricos de película delgada, con dimensiones en la escala de micrómetros o menores, ofrecen potencial para nuevas aplicaciones donde las dimensiones más pequeñas o unSe requiere una operación de menor voltaje.
Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania han demostrado una nueva técnica para fabricar sistemas microelectromecánicos piezoeléctricos MEMS conectando una muestra de películas piezoeléctricas finas de titanato de circonato de plomo PZT a sustratos de polímeros flexibles. La candidata doctoral Tianning Liu y sus coautores informan queresultados esta semana en el Revista de Física Aplicada , de AIP Publishing.
"Existe una rica historia de trabajo en películas delgadas piezoeléctricas, pero las películas en sustratos rígidos tienen limitaciones que provienen del sustrato", dijo Thomas N. Jackson, profesor de Penn State y uno de los autores del artículo ".nuevas áreas para piezoeléctricos de película delgada que reducen la dependencia del sustrato ".
Los investigadores cultivaron películas delgadas de PZT policristalino en un sustrato de silicio con una capa de liberación de óxido de zinc, a lo que agregaron una capa delgada de poliimida. Luego usaron ácido acético para grabar el óxido de zinc, liberando la película de PZT de 1 micrómetro de espesorcon la capa de poliimida del sustrato de silicio. La película PZT sobre poliimida es flexible y posee propiedades de material mejoradas en comparación con las películas cultivadas en sustratos rígidos.
Los dispositivos piezoeléctricos dependen de la capacidad de algunas sustancias como PZT para generar cargas eléctricas cuando se deforman físicamente, o de forma inversa para deformarse cuando se les aplica un campo eléctrico. Sin embargo, el crecimiento de películas PZT de alta calidad generalmente requiere temperaturas superiores a 650grados Celsius, casi 300 grados más caliente que lo que la poliimida puede soportar sin degradarse.
La mayoría de las aplicaciones actuales de dispositivos piezoeléctricos utilizan materiales a granel, lo que dificulta la miniaturización, impide una flexibilidad significativa y requiere una operación de alto voltaje.
"Por ejemplo, si está buscando colocar un transductor de ultrasonido en un catéter, una película PZT en un sustrato de polímero le permitiría envolver el transductor alrededor de la circunferencia del catéter", dijo Liu. "Esto podría permitirminiaturización significativa, y debería proporcionar más información para el clínico "
El rendimiento de muchas películas delgadas piezoeléctricas se ha visto limitado por la sujeción del sustrato, un fenómeno en el que el sustrato rígido restringe el movimiento de las paredes de dominio del material piezoeléctrico y degrada sus propiedades. Se ha realizado un trabajo de cristalización de PZT a temperaturas compatibles conmateriales poliméricos, por ejemplo, utilizando cristalización por láser, pero los resultados hasta ahora han dado lugar a películas delgadas porosas y propiedades de material inferiores.
Las películas delgadas liberadas sobre poliimida que desarrollaron los investigadores tuvieron un aumento del 45 por ciento en la polarización remanente sobre los controles de sustrato de silicio, lo que indica una mitigación sustancial en la sujeción del sustrato y un rendimiento mejorado. Incluso entonces, dijo Liu, queda mucho trabajo por hacer antes de MEMS de película delgadalos dispositivos pueden competir con sistemas piezoeléctricos a granel.
"Todavía hay una gran brecha entre poner PZT en película delgada y en masa", dijo. "No es tan grande como entre la masa y el sustrato, pero también hay cosas como más defectos que contribuyen a la menor respuesta de lamateriales de película "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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