Apostila

Apostila Materiais Dielétricos Parte A
(Parte 1 de 10)
Apostila:
Materiais Dielétricos
Corelação:: Propriedades e Defeitos
Versão 1
Leandra Oliveira Salmazo
Wellington Alves
Prof. Dr. Marcos Augusto de Lima Nobre
Laboratório de Compósitos e Cerâmicas Funcionais - LaCCeF
Departamento de Física, Química e Biologia - DFQB
Faculdade de Ciências e Tecnologia - FCT Universidade Estadual Paulista - UNESP
LaCCeF

______________________________________Materiais Dielétricos − Correlação: Propriedades e Defeitos
LaCCeF - Laboratório de Compósitos e Cerâmicas Funcionais I
Salmazo, L.O. e Nobre, M.A.L.
1 Materiais Dielétricos | 1 |
1.1 Eletrocerâmicas | 1 |
1.1.1 Termistores | 3 |
Sumário
(NTC) |
1.1.1.1 Termistores com Coeficiente de Temperatura Negativo 5
1.1.1.1.1 Aplicações………………………………… | 9 |
(PTC) |
1.1.1.2 Termistores com Coeficiente de Temperatura Positivo 9
1.1.1.2.1 Aplicações………………….……………… | 13 |
1.1.2 Varistores de Óxidos Metálicos | 14 |
1.1.2.1 Aplicações… | ……………………………………............... 16 |
1.2 Capacitores e Dielétricos | 17 |
1.2.1Introdução | 17 |
1.2.2 Características de um Capacitor | 18 |
1.2.3 Capacitância | 20 |
1.2.3.1 Fatores que afetam a capacitância | 21 |
1.2.4 Comportamento Dielétrico | 23 |
1.2.4.1 Polarização Dielétrica | 23 |
1.2.4.2 Efeitos da Freqüência Sobre a Polarização | 25 |
1.2.5 Perda Dielétrica | 26 |
1.2.5.1 Efeitos da Freqüência sobre a Perda Dielétrica | 29 |
1.2.6 Propriedades Dielétricas | 30 |
1.2.6.1 Resistência | 30 |
1.2.6.2 Intensidade Dielétrica | 34 |
LaCCeF
______________________________________Materiais Dielétricos − Correlação: Propriedades e Defeitos
LaCCeF - Laboratório de Compósitos e Cerâmicas Funcionais I
Salmazo, L.O. e Nobre, M.A.L.
1.2.6.3 Envelhecimento | 35 |
1.2.7 Acoplamento Eletro-Mecânico | 37 |
1.2.7.1 Absorção Dielétrica | 38 |
Referências Bibliográficas | 39 |
2 | Dielétricos Lineares .......................................................................... 40 |
2.1 Introdução | 40 |
2.2 Classes de Dielétricos | 41 |
2.2.1 Dielétricos de Classe I | 41 |
2.2.2 Dielétricos de Classe I | 43 |
2.3 Padrão Visual para Capacitores “Chip” | 46 |
2.3.1 Padrão Visual externo | 46 |
2.3.2 Padrão da Microestrutura interna | 46 |
2.3.3 Separação em lâminas | 46 |
2.3.4 Vácuo | 47 |
2.3.5 Ruptura | 48 |
2.3.6 Não-Uniformidades | 48 |
2.3.7 Defeitos de Preparação das Amostras | 49 |
Referências Bibliográficas | 51 |
3 | Propriedades Dielétricas ................................................................... 52 |
3.1 Introdução | 52 |
3.2 Comportamento Elétrico em Cerâmicas | 54 |
3.2.1 Capacitância | 54 |
3.2.2 Indutância | 56 |
3.2.3 Unidades | 57 |
3.2.4 Polarização | 57 |
LaCCeF
______________________________________Materiais Dielétricos − Correlação: Propriedades e Defeitos
LaCCeF - Laboratório de Compósitos e Cerâmicas Funcionais I
Salmazo, L.O. e Nobre, M.A.L.
3.2.5 Fator de Perda | 65 |
3.2.6 Força Dielétrica | 72 |
3.3 Constantes Dielétricas em Cristais e Materiais Vítreos | 73 |
3.3.1 Polarizabilidade Iônica | 73 |
3.3.2 “Salto” da Polarização Iônica | 75 |
3.3.3 Efeitos da Freqüência e da Temperatura | 7 |
3.4 Perda Dielétrica em Cristais e Vidros | 80 |
3.5 Condutividade Dielétrica | 90 |
3.6 Cerâmicas Policristalinas e Polifásicas | 91 |
3.6.1 Misturas | 91 |
3.6.2 Classes de Dielétricos | 96 |
3.6.3 Polarização de Carga Espacial | 98 |
3.7 Intensidade Dielétrica | 103 |
3.8 Cerâmicas Ferroelétricas | 107 |
Referências Bibliográficas | 116 |
4 | Defeitos e Imperfeições em Sólidos ................................................... 117 |
4.1 Introdução | 117 |
4.2 Defeitos Pontuais | 118 |
4.2.1 Lacunas Auto-Intersticiais | 118 |
4.3 Imperfeições Diversas | 119 |
4.3.1 Discordâncias - Defeitos Lineares | 119 |
4.4 Superfícies Externas | 123 |
4.5 Contornos de Grão | 124 |
4.6 Contorno de Macla | 127 |
Microestrutural |
4.6.1 Aplicações: Contorno de Macla em Cerâmicas - Análise 128
LaCCeF
______________________________________Materiais Dielétricos − Correlação: Propriedades e Defeitos
LaCCeF - Laboratório de Compósitos e Cerâmicas Funcionais IV
Salmazo, L.O. e Nobre, M.A.L.
4.6.1.1 Introdução | 128 |
4.6.1.2 Materiais e Métodos utilizados | 133 |
4.6.1.3 Resultados Obtidos | 134 |
4.7 Defeitos Interfaciais | 138 |
4.8 Defeitos em óxidos cerâmicos | 139 |
4.8.1 Introdução | 139 |
4.8.1.1 Defeitos Atômicos e Dipolos | 139 |
4.8.1.2 Teoria Inelástica e Relaxação Dielétrica | 140 |
4.8.2 Métodos Experimentais | 143 |
4.8.3 Óxidos com Estrutura do Tipo Fluorita | 145 |
4.8.3.1 Tório e Cério | 145 |
4.8.3.1.1 ThO2 e CeO2 dopado com CaO | 145 |
4.8.3.1.2 CeO2 dopado com Y2O3 | 151 |
4.8.4 Zircônia | 154 |
4.8.4.1 Policristais de Zircônia Tetragonal | 156 |
4.8.4.2 Zircônia Cúbica | 169 |
4.8.5 Conclusão | 163 |
Referências Bibliográficas | 164 |
Glossário | 166 |
Índice Remissivo | 172 |
LaCCeF
______________________________________Materiais Dielétricos − Correlação: Propriedades e Defeitos
LaCCeF - Laboratório de Compósitos e Cerâmicas Funcionais V
Salmazo, L.O. e Nobre, M.A.L.
FIGURA 1.1 – Variação da resistência elétrica dos sensores óxidos em função da umidade |
Lista de Figuras 02
água |
FIGURA 1.2 - Esquema da estrutura mostrando a superfície do mineral hidroxiapatita em sensores de umidade. A condução ocorre via uma reação em cadeia de Grotthus com a adsorção de camadas de 03
função da temperatura para diversas ordens de grandeza |
FIGURA 1.3 - Evolução da resistência elétrica em termistores. Resistência em 04
FIGURA 1.4 - Variação estrutural nas posições atômicas da cerâmica de VO2. Na transição de metálico-semicondutor, a resistência varia em diversas
semicondutor abaixo de 80 °C |
ordens de grandeza na extensão das ligações químicas. Em alta temperatura, a estrutura metálica é isomórfica do tipo rutilo tetragonal, porém ocorre mudança para o estado monoclínico 05
lítio |
FIGURA 1.5 - Termistores de óxido de níquel dopado. (a) O cristal consiste em íons Ni2+, Ni3+ e Li+ em solução sólida semelhante ao sal de rocha. (b) A resistividade elétrica diminui com o aumento do conteúdo de 07
elevação da temperatura |
FIGURA 1.6 - Resistência em função da temperatura para termistores NTC. Onde a resistência decresce em aproximadamente 4% para cada grau de 08
FIGURA 1.7 - Foto de um Termistor NTC | 09 |
FIGURA 1.8 - (a) Resistividade elétrica do titanato de bário dopado com cério,
Ba1-x CexTiO3, plotada em função da composição. (b) Resistividade de três cerâmicas de titanato de bário dopadas com cério, medida
ºC |
em função da temperatura. Uma grande anomalia do tipo PTC ocorre próxima à temperatura de Curie, que para este material é 130 1
FIGURA 1.9 - Visão esquemática da estrutura do Ba1-xLaxTiO3 próxima à superfície de um contorno de grão. A atmosfera de oxigênio difunde
isolantes |
e dissocia–se rapidamente ao longo de um contorno de grão, onde os átomos atraem os elétrons, formando barreiras 12
FIGURA 1.1: Foto de um termistor PTC | 14 |
FIGURA 1.12 - Relação I versus V para ZnO. A corrente aumenta de forma abrupta
na voltagem e ruptura VB |
varistores. Os parâmetros de rede são a = 3,24 Ǻ e c =5,19 Ǻ |
FIGURA 1.13 - Célula unitária hexagonal da estrutura de ZnO utilizada em 15
LaCCeF
______________________________________Materiais Dielétricos − Correlação: Propriedades e Defeitos
(Parte 1 de 10)