Obtención de cerámicos pertenecientes a los sistemas Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3 con aplicaciones piezoeléctricas

Abstract

En respuesta a la creciente preocupación que hoy en día existe en la comunidad internacional por el uso de materiales tóxicos para la fabricación de dispositivos utilizados en equipos eléctricos y electrónicos, desde hace unos años se trabaja en la búsqueda de materiales inocuos que sean competitivos en sus propiedades funcionales y que logren sustituir en un futuro cercano a aquellos que resultan nocivos. La familia de los materiales piezoeléctricos no escapa a esta problemática dado que aquellos que presentan las mejores propiedades para las distintas aplicaciones corresponden a los basados en plomo, como el PZT (Pb(Zr,Ti)O3). Entre los posibles materiales piezoeléctricos libres de plomo, se encuentran los cerámicos basados en los titanatos de bismuto y sodio (Bi0,5Na0,5TiO3 ó también denominado BNT) o titanatos de bismuto y potasio (Bi0,5K0,5TiO3, ó BKT) debido a sus excelentes propiedades piezoeléctricas y ferroeléctricas en el borde de su fase morfotrópica. Sin embargo, aunque el sistema BNT posee buenas propiedades piezoeléctricas, su alto campo coercitivo dificulta su polarización. Como alternativa, se estudia el uso de sistemas más complejos que involucran la formación de una solución sólida. Al respecto, el sistema binario BNT-BKT presenta propiedades similares a los compuestos pertenecientes al sistema PZT en composiciones cercanas a Na/K=0,8/0,2. El principal problema de estos sistemas es la baja temperatura de volatilización del bismuto, sodio y potasio que dificulta la elección de las temperaturas de calcinación y sinterizado que permitan maximizar la densificación de las muestras obtenidas y minimizar las pérdidas por volatilización que deteriorán las propiedades finales del material. Los procesamientos por la vía química, como sol-gel e hidrotermal, dan la posibilidad de disminuir estas temperaturas pero no son aplicables fácilmente para la producción a escala industrial. Como alternativa a este problema, en este trabajo se implementó una etapa de activación mecanoquímica previa de los reactivos con vistas a disminuir el tamaño de partícula inicial y aumentar la reactividad de los materiales precursores. Esta etapa de activación favoreció la reacción de formación de la fase Bi0,5(K0,8Na0,2)0,5TiO3 a menores temperaturas, minimizó las posibles pérdidas de elementos alcalinos por volatilización y mejoró las propiedades dieléctricas y ferroeléctricas de los cerámicos obtenidos.