Materiais Piroelétricos

Os materiais piroelétricos constituem-se num grupo especial de materiais piezoelétricos que são polarizados naturalmente nas condições naturais de temperatura e pressão. No entanto, o grau de polarização do material muda sensivelmente com a temperatura, daí sua denominação (“piros” significa fogo em grego). Um material comum que apresenta propriedades piroelétricas é a turmalina.  Veja que, enquanto nos materiais piezoelétricos o campo elétrico se manifesta somente quando ocorre a deformação, nos materiais piroelétricos o campo está sempre presente. Nos materiais piroelétricos, o campo elétrico interno presente é muito intenso, de modo que sua polarização não pode ser alterada facilmente por meios externos.
De acordo com o as teorias do eletromagnetismo, uma região em que os átomos estejam com momentos magnéticos orientados igualmente ou paralelos, é denominada domínio. Este mesmo termo pode ser aplicado à eletrostática no caso da região em que os momentos elétricos dos dipolos elementares sejam paralelos.Existem diversas substâncias que, da mesma forma que são os imãs para o magnetismo, apresentam multidomínios elétricos, sendo por isso denominadas (como analogia) de "ferroelétricas" (em contrapartida as substâncias ferromagnéticas, que apresentam as mesmas propriedades mas em relação aos campos magnéticos), conforme mostra a figura 1.



O interessante é que a analogia entre as substâncias ferroelétricas e ferromagnéticas vai mais longe: ambas possuem uma histerese elevada, constante dielétrica muito alta e, além disso, possuem um ponto Curie, ou seja, existe uma temperatura limite que ultrapassada, faz com que elas percam suas propriedades. Dentre as substâncias que apresentam as propriedades piroelétricas podemos citar o Titanato de Bário (BaTi3), que aos 120 graus centígrados perde estas propriedades (ponto Curie), tornando-se um dielétrico comum.Acima dos 120 graus o cristal tem um domínio único com o átomo de Titânio no centro do cubo conforme mostra a figura 2.



Quando a temperatura cai para menos de 120 graus, ocorre uma transição de fase que muda esta disposição. Uma das dimensões do cubo se torna 1% mais curta que a outra e com isso a figura se transforma num tetraedro. Com isso, o átomo de titânio é deslocado levemente no interior passando a ocupar uma posição fora de seu centro. Diversas regiões do material se tornam então domínios com diferentes orientações. Isso é suficiente para criar um vetor de polarização que se manifesta na forma de um campo elétrico natural no interior do material. Se o cristal for resfriado abaixo dos 10 graus centígrados, novamente temos outra transformação de fase e o material deixa de ser piroelétrico.


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