Comportamientos intrínseco y extrínseco de piezocerámicas

Abstract

High values of dielectric and piezoelectric coefficients in piezoceramics are due to the superposition of extrinsic and intrinsic effects. The aim of this paper is to gain insights into the intrinsic and extrinsic mechanisms present in ceramics. It is assumed that the intrinsic effect has a linear behaviour and is temperature-independent. On the other hand, the extrinsic effect, which corresponds to the domain wall movement, has a non-linear dependence, and is temperature-dependent. Therefore, it can be assumed that at a very low temperature the extrinsic contribution disappears because the domains freeze up. Also, it is considered that the intrinsic and extrinsic effects are independent and may be added together. From these hypotheses, the linear, intrinsic and extrinsic coefficients may be obtained. Linear dielectric and piezoelectric measurements have been carried out at very low temperatures, as well as non-linear measurements, using different piezoceramic materials. An analysis of the 180^º and non-180^º domain wall extrinsic contribution is conducted producing different contributions on the dielectric and piezoelectric coefficients. A model of the extrinsic contribution of non-180^º domain wall in grain ceramics with a ferroelectric domain laminar structure has been developed. The non-linear dielectric anisotropy, (Δε₁₁)_NL>(Δε₃₃)_NL, is measured and supports the previous model.<br><br>Los altos valores de los coeficientes dieléctricos y piezoeléctricos en las piezocerámicas son debidos a la superposición de los efectos intrínsecos y extrínsecos. El objetivo de este trabajo es profundizar en los mecanismos presentes en las cerámicas y que producen estos efectos. Se asume que el efecto intrínseco tiene un comportamiento lineal que es independiente de la temperatura, mientras que el efecto extrínseco, producido por el movimiento de paredes de dominio, tiene una dependencia no lineal y depende de la temperatura. También puede aceptarse que a muy baja temperatura la contribución extrínseca desaparece, debido a que los dominios se congelan. Además se considera que los efectos intrínsecos y extrínsecos son independientes y pueden sumarse. Estas hipótesis permiten calcular los coeficientes lineal, intrínseco y extrínseco. Se han realizado medidas lineales de los coeficientes elásticos, dieléctricos y piezoeléctricos a muy baja temperatura, así como medidas no lineales, sobre diferentes cerámicas. Se analiza la diferente repercusión de las paredes de dominio de 180º y de no-180^º en los coeficientes dieléctricos y piezoeléctricos. Se ha desarrollado un modelo de contribución extrínseca por dominios de no-180^º con estructura laminar de dominios ferroeléctricos en los granos de la cerámica. La anisotropía dieléctrica no lineal, (Δε₁₁)_NL>(Δε₃₃)_NL, se ha medido y confirma dicho modelo.

Keywords

• Piezoelectricity
• extrinsic
• non-linear
• ceramic
• Piezoelectricidad
• extrínseco
• no linealidad
• cerámicas