Titanat de zirconat de plumb - Lead zirconate titanate
Numele | |
---|---|
Numele IUPAC
Titanat de plumb zirconiu
|
|
Alte nume
Titanat de plumb zirconiu
|
|
Identificatori | |
Model 3D ( JSmol )
|
|
ECHA InfoCard | 100.032.467 |
Numărul CE | |
PubChem CID
|
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Proprietăți | |
Pb [ Zr x Ti 1− x ] O 3 (0≤ x ≤1) | |
Masă molară | 303,065 până la 346,4222 g / mol |
Pericole | |
Pictograme GHS | |
GHS Cuvânt de avertizare | Pericol |
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 | |
verifica ( ce este ?) | |
Referințe infobox | |
Titanatul de zirconat de plumb este un compus anorganic cu formula chimică Pb [ Zr x Ti 1− x ] O 3 (0≤ x ≤1). Numit și titanat de zirconiu de plumb , este un material ceramic perovskit care prezintă un efect piezoelectric marcat , ceea ce înseamnă că compusul își schimbă forma atunci când se aplică un câmp electric. Este utilizat într-o serie de aplicații practice, cum ar fi traductoarele cu ultrasunete și rezonatoarele piezoelectrice . Este un solid alb spre aproape alb.
Titanatul de zirconiu de plumb a fost dezvoltat pentru prima dată în jurul anului 1952 la Tokyo Institute of Technology . Comparativ cu titanatul de bariu , un material piezoelectric pe bază de oxid metalic descoperit anterior , titanatul de plumb zirconiu prezintă o sensibilitate mai mare și are o temperatură de funcționare mai ridicată. Ceramica piezoelectrică este aleasă pentru aplicații datorită rezistenței fizice, inertității chimice și costului de fabricație relativ scăzut. Ceramica PZT este cea mai frecvent utilizată ceramică piezoelectrică, deoarece are o sensibilitate și mai mare și o temperatură de funcționare mai mare decât alte ceramice piezoelectrice.
Proprietăți electroceramice
Fiind piezoelectric, titanatul de zirconat de plumb dezvoltă o tensiune (sau o diferență de potențial) pe două dintre fețele sale atunci când este comprimat (util pentru aplicațiile senzorilor) și își schimbă fizic forma atunci când este aplicat un câmp electric extern (util pentru aplicațiile actuatorului). Dielectrică relativă a titanat - zirconat de plumb poate cuprins între 300 și 20000, în funcție de orientarea și dopaj.
Fiind piroelectric , acest material dezvoltă o diferență de tensiune pe două dintre fețele sale în condiții de temperatură schimbătoare; în consecință, titanatul de zirconat de plumb poate fi utilizat ca senzor de căldură. Titanatul de zirconat de plumb este, de asemenea , feroelectric , ceea ce înseamnă că are o polarizare electrică spontană ( dipol electric ) care poate fi inversată în prezența unui câmp electric.
Materialul prezintă o permitivitate relativă extrem de mare la limita fazei morfotrope (MPB) aproape de x = 0,52.
Unele formulări sunt ohmice până la cel puțin 250 kV / cm (25 MV / m), după care curentul crește exponențial cu intensitatea câmpului înainte de a ajunge la defalcarea avalanșei ; dar titanatul de zirconat de plumb prezintă defalcarea dielectrică dependentă de timp - defectarea poate apărea sub tensiune constantă după minute sau ore, în funcție de tensiune și temperatură, astfel încât rezistența sa dielectrică depinde de scara de timp pe care este măsurată. Alte formulări au rezistențe dielectrice măsurate în intervalul 8-16 MV / m.
Utilizări
Materialele pe bază de titanat de zirconat de plumb sunt componente ale condensatoarelor ceramice și ale dispozitivelor de acționare STM / AFM (tuburi).
Titanatul de zirconat de plumb este utilizat pentru realizarea traductoarelor cu ultrasunete și a altor senzori și actuatori , precum și a condensatoarelor ceramice de mare valoare și a cipurilor FRAM . Titanatul de zirconat de plumb este, de asemenea, utilizat la fabricarea rezonatoarelor ceramice pentru sincronizarea de referință în circuitele electronice. În 1975 Laboratoarele Naționale Sandia au creat ochelari anti-flash cu PZLT pentru a proteja echipajul aerian de arsuri și orbire în caz de explozie nucleară. Obiectivele PLZT ar putea deveni opace în mai puțin de 150 de microsecunde.
Din punct de vedere comercial, de obicei nu este utilizat în forma sa pură, ci mai degrabă este dopat fie cu acceptori, care creează locuri libere de oxigen (anion), fie cu donatori, care creează locuri libere de metal (cation) și facilitează mișcarea peretelui domeniului în material. În general, dopajul acceptor creează titanat de zirconat de plumb dur , în timp ce dopajul donator creează titanat de zirconat de plumb moale . Titanatul de zirconat de plumb tare și moale diferă în general prin constantele lor piezoelectrice. Constantele piezoelectrice sunt proporționale cu polarizarea sau cu câmpul electric generat pe unitate de solicitare mecanică sau, alternativ, este aplicată tensiunea mecanică produsă de fiecare unitate de câmp electric. În general, titanatul de zirconat cu plumb moale are o constantă piezoelectrică mai mare, dar pierderi mai mari în material din cauza fricțiunii interne . În titanatul de zirconat cu plumb dur , mișcarea peretelui domeniului este fixată de impurități, reducând astfel pierderile din material, dar în detrimentul unei constante piezoelectrice reduse.
Soiuri
Una dintre compozițiile chimice frecvent studiate este Pb Zr 0,52 Ti 0,48 O 3 . Răspunsul piezoelectric crescut și eficiența polizării aproape de x = 0,52 se datorează numărului crescut de stări de domeniu permise la MPB. La această limită, cele 6 stări de domeniu posibile din faza tetragonală ⟨100⟩ și cele 8 stări de domeniu posibile din faza romboedrică ⟨111⟩ sunt la fel de favorabile energetic, permițând astfel un maxim de 14 stări de domeniu posibile.
La fel ca tantalatul de scandiu de plumb similar și titanatul de stronțiu de bariu , titanatul de zirconat de plumb poate fi utilizat pentru fabricarea senzorilor de imagistică cu infraroșu cu matriță fixă neîncălzită pentru camerele termografice . Se utilizează atât pelicula subțire (obținută de obicei prin depunerea chimică a vaporilor ), cât și structurile în vrac. Formula materialului utilizat se apropie de obicei de Pb 1.1 (Zr 0,3 Ti 0,7 ) O 3 (numit titanat de zirconat de plumb 30/70). Proprietățile sale pot fi modificate prin doparea acestuia cu lantan , rezultând titanat de plumb zirconiu dopat cu lantan ( titanat de zirconat de plumb , numit și titanat de zirconiu de lantan ), cu formula Pb 0,83 La 0,17 (Zr 0,3 Ti 0,7 ) 0,9575 O 3 (zirconat de plumb titanat 17/30/70).