Titanato de zirconato de chumbo - Lead zirconate titanate
Nomes | |
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Nome IUPAC
Titanato de chumbo zircônio
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Outros nomes
Titanato de chumbo zircônio
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Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol )
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ECHA InfoCard | 100.032.467 |
Número EC | |
PubChem CID
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Painel CompTox ( EPA )
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Propriedades | |
Pb [ Zr x Ti 1− x ] O 3 (0≤ x ≤1) | |
Massa molar | 303,065 a 346,4222 g / mol |
Perigos | |
Pictogramas GHS | |
Palavra-sinal GHS | Perigo |
H302 , H332 , H360 , H373 , H400 , H410 | |
P201 , P202 , P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P273 , P281 , P301 + 312 , P304 + 312 , P304 + 340 , P308 + 313 , P312 , P314 , P330 , P391 , P405 , P501 | |
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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verificar (o que é ?) | |
Referências da Infobox | |
Titanato de zirconato de chumbo é um composto inorgânico com a fórmula química Pb [ Zr x Ti 1− x ] O 3 (0≤ x ≤1). Também chamado de titanato de zircônio de chumbo , é um material perovskita de cerâmica que mostra um efeito piezoelétrico acentuado , o que significa que o composto muda de forma quando um campo elétrico é aplicado. É usado em várias aplicações práticas, como transdutores ultrassônicos e ressonadores piezoelétricos . É um sólido branco a esbranquiçado.
O titanato de chumbo-zircônio foi desenvolvido pela primeira vez por volta de 1952 no Instituto de Tecnologia de Tóquio . Comparado ao titanato de bário , um material piezoelétrico à base de óxido metálico previamente descoberto , o titanato de zircônio de chumbo exibe maior sensibilidade e tem uma temperatura de operação mais alta. As cerâmicas piezoelétricas são escolhidas para aplicações devido à sua resistência física, inércia química e seu custo de fabricação relativamente baixo. A cerâmica PZT é a cerâmica piezoelétrica mais comumente usada porque tem uma sensibilidade ainda maior e temperatura de operação mais alta do que outras cerâmicas piezoelétricas.
Propriedades eletrocerâmicas
Sendo piezoelétrico, o titanato de zirconato de chumbo desenvolve uma tensão (ou diferença de potencial) em duas de suas faces quando comprimido (útil para aplicações de sensores) e muda fisicamente de forma quando um campo elétrico externo é aplicado (útil para aplicações de atuadores). A permissividade relativa do titanato de zirconato de chumbo pode variar de 300 a 20000, dependendo da orientação e dopagem.
Sendo piroelétrico , este material desenvolve uma diferença de voltagem em duas de suas faces sob condições variáveis de temperatura; conseqüentemente, o titanato de zirconato de chumbo pode ser usado como um sensor de calor. O titanato de zirconato de chumbo também é ferroelétrico , o que significa que tem uma polarização elétrica espontânea ( dipolo elétrico ) que pode ser revertida na presença de um campo elétrico.
O material apresenta uma permissividade relativa extremamente grande no limite da fase morfotrópica (MPB) próximo a x = 0,52.
Algumas formulações são ôhmicas até pelo menos 250 kV / cm (25 MV / m), após o que a corrente cresce exponencialmente com a intensidade do campo antes de atingir a quebra de avalanche ; mas o titanato de zirconato de chumbo exibe degradação dielétrica dependente do tempo - a degradação pode ocorrer sob estresse de tensão constante após minutos ou horas, dependendo da tensão e da temperatura, de modo que sua rigidez dielétrica depende da escala de tempo em que é medida. Outras formulações têm rigidez dielétrica medida na faixa de 8–16 MV / m.
Usos
Materiais à base de titanato de zirconato de chumbo são componentes de capacitores de cerâmica e atuadores STM / AFM (tubos).
O titanato de zirconato de chumbo é usado para fazer transdutores de ultrassom e outros sensores e atuadores , bem como capacitores de cerâmica de alto valor e chips FRAM . Titanato de zirconato de chumbo também é usado na fabricação de ressonadores de cerâmica para temporização de referência em circuitos eletrônicos. Em 1975, Sandia National Laboratories criou óculos anti-flash com PZLT para proteger a tripulação de queimaduras e cegueira em caso de explosão nuclear. As lentes PLZT podem ficar opacas em menos de 150 microssegundos.
Comercialmente, geralmente não é usado em sua forma pura, mas é dopado com aceptores, que criam lacunas de oxigênio (ânion), ou doadores, que criam lacunas de metal (cátions) e facilitam o movimento da parede de domínio no material. Em geral, a dopagem de aceitador cria titanato de zirconato de chumbo duro , enquanto a dopagem de doador cria titanato de zirconato de chumbo macio . Titanato de zirconato de chumbo duro e mole geralmente diferem em suas constantes piezoelétricas. As constantes piezoelétricas são proporcionais à polarização ou ao campo elétrico gerado por unidade de tensão mecânica, ou alternativamente é a deformação mecânica produzida por unidade de campo elétrico aplicada. Em geral, o titanato de zirconato de chumbo macio tem uma constante piezoelétrica mais alta, mas maiores perdas no material devido ao atrito interno . No titanato de zirconato de chumbo duro , o movimento da parede do domínio é bloqueado pelas impurezas, diminuindo assim as perdas no material, mas à custa de uma constante piezoelétrica reduzida.
Variedades
Uma das composições químicas comumente estudadas é Pb Zr 0,52 Ti 0,48 O 3 . O aumento da resposta piezoelétrica e eficiência de poling perto de x = 0,52 é devido ao aumento do número de estados de domínio permitidos no MPB. Neste limite, os 6 estados de domínio possíveis da fase tetragonal ⟨100⟩ e os 8 estados de domínio possíveis da fase romboédrica ⟨111⟩ são igualmente favoráveis energeticamente, permitindo assim um máximo de 14 estados de domínio possíveis.
Como o tantalato de escândio de chumbo estruturalmente semelhante e o titanato de estrôncio de bário , o titanato de zirconato de chumbo pode ser usado para a fabricação de sensores de imagem infravermelha de matriz não resfriada para câmeras termográficas . Ambos película fina (geralmente obtida por deposição de vapor químico ) e estruturas a granel são utilizadas. A fórmula do material usado geralmente se aproxima do Pb 1.1 (Zr 0,3 Ti 0,7 ) O 3 (denominado titanato de zirconato de chumbo 30/70). Suas propriedades podem ser modificadas por dopagem com lantânio , resultando em titanato de zircônio de chumbo dopado com lantânio ( titanato de zirconato de chumbo , também chamado de titanato de zircônio de lantânio de chumbo ), com fórmula Pb 0,83 La 0,17 (Zr 0,3 Ti 0,7 ) 0,9575 O 3 ( Zirconato de chumbo titanato 17/30/70).