O que são materiais piezoelétricos e como funcionam?

A piezoeletricidade é um conceito que abarca as cargas elétricas acumuladas em materiais sólidos, por exemplo, cerâmicas, cristais, ossos, matéria biológica, DNA e outros. Ela resulta da aplicação de um estresse mecânico, ou seja, indica a eletricidade resultante do calor latente e da pressão. O termo é derivado do grego antigo cuja tradução significa pressionar uma fonte de corrente elétrica.

O efeito piezelétrico é uma consequência da interação eletromecânica entre os estados elétricos e mecânicos de certos elementos. Esse processo é reversível e também pode causar uma deformação mecânica interna resultante de uma corrente elétrica aplicada.

Neste post, vamos explicar como funcionam os materiais piezoelétricos e como eles foram descobertos. Se você quer conhecer melhor esses componentes e suas características, acompanhe a leitura!

O que são os materiais piezoelétricos?

Materiais piezelétricos são uma categoria de componentes inteligentes que oferecem respostas eletromecânicas estáveis e reprodutíveis ​​quando são submetidos a estímulos mecânicos ou elétricos. Existem vários tipos deles, como os monocristais e os polímeros, que são aplicados em produtos de diversas áreas, como em:

• construção de sensores;

• aplicações ambientais, estruturais e biomédicas;

• geração e armazenamento de energia, entre outras possibilidades.

Esses componentes são utilizados em geradores de alta tensão e transdutores acústicos por serem capazes de produzir energia elétrica mediante a existência de uma força externa que gera o movimento dos elétrons. As suas características físicas e químicas têm um papel fundamental para determinar a interface de interação e o grau de homogeneidade na dispersão das cargas.

Como foram descobertos?

No século XVIII, Franz Aepinus e Carl Linnaeus começaram a estudar materiais que poderiam ter potencial elétrico para a geração de efeitos piroelétricos, como resultado da mudança da temperatura. Em seguida, Antoine César Becquerel e René Just Haüy utilizaram esse conhecimento para relacionar as cargas elétricas ao estresse mecânico.

Os materiais piezoelétricos foram então descobertos em 1880 por físicos franceses conhecidos mundialmente como Jacques e Pierre Curie. Os estudiosos fizeram uma combinação de sua compreensão das estruturas cristalinas com os conhecimentos de piroeletricidade. Na ocasião, utilizaram quartzo, cristais de turmalina, tartarato de sódio e potássio, cana-de-açúcar, topázio para expor e explicar a piezoeletricidade.

Em 1881, Gabriel Lippmann deduziu o efeito piezoelétrico inverso com o auxílio de princípios termodinâmicos fundamentais e cálculos matemáticos. Os efeitos não foram previstos pelos irmãos Curie, mas eles confirmaram e obtiveram comprovações da possibilidade de reversibilidade completa e das deformações em cristais piezelétricos. A partir disso, os efeitos foram explorados nas mais variadas aplicações.

Como funcionam?

Os materiais piezoelétricos funcionam para acionar um bocal ultrassônico e na focalização ultrafina de montagens ópticas. Os componentes formam a base para microscópios de sondagem de varredura que revelam os átomos. Eles são leves, podem ser processados em uma variedade enorme de configurações. Além disso, são usados nas seguintes aplicações:

• gatilhos na maioria das baterias eletrônicas modernas;

• pick-ups de guitarras eletrônicas amplificadas;

• obtenção de faíscas para acender isqueiros;

• produção de aparelhos de cozinha e tochas;

• fabricação de equipamentos com aquecimento a gás;

• detecção de som;

• geração de eletricidade de alta-voltagem;

• impressão a jato de tinta piezoelétrica;

• criação de microbalanças e gerador de relógio em dispositivos eletrônicos.

Esses componentes podem ser processados ​​por meio de diferentes técnicas: padronização de modelos, técnicas de impressão e eletrofiação. Com eles, é possível processar materiais na forma de fibras, filmes, membranas porosas e microesferas. A principal vantagem desses métodos são a escalabilidade do processo, controle de morfologia, processabilidade, fabricação direta de dispositivos e baixo custo.

Entendeu o que são os materiais piezoelétricos e como funcionam? Esses elementos fazem parte de um enorme volume de soluções tecnológicas utilizadas diariamente pela sociedade, estão inseridos em equipamentos médicos que possuem transdutores ultrassônicos, nos sensores de movimento de smartphones e outras tecnologias que facilitam a rotina dos negócios.

Quer aprender um pouco mais? Continue a sua jornada de aprendizado e descubra o que é potência elétrica!