Fabricação e caracterização de transformador piezoelétrico de cerâmica 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3

Abstract

Com o contínuo crescimento tecnológico e a demanda pela miniaturização dos equipamentos, os transformadores piezoelétricos apresentam diversas vantagens em relação aos seus análogos magnéticos. Dentre as vantagens estão baixo custo, dimensões menores, não representa risco de incêndio, ausência de emissão eletromagnética e altos fatores de eficiência, densidade de potência e isolamento. Os transformadores piezoelétricos são construídos a partir de materiais piezoelétricos tais como cristais piezoelétricos ou cerâmicas ferroelétricas policristalinas. Esses transformadores operam por meio do efeito piezoelétrico direto e contrário a partir do acoplamento eletromecânico. O trabalho tem como objetivo fabricar e caracterizar um transformador piezoelétrico em forma de disco polarizado na espessura e operando no modo de vibração radial. A solução sólida 0,65Pb(Mg1/3Nb2/3)03]-0,35PbTiO3 (PMN-35PT) foi escolhida como base do transformador graças às suas excelentes propriedades eletromecânicas. Os eletrodos do transformador foram depositados por pulverização catódica e a cerâmica foi polarizada com campo elétrico de 14,06 kV/cm, resultando em um campo coercitivo e polarização remanescente de 5,90 kV/cm e 10,28 μC/cm². O transformador apresentou ganho de 250% para o step-up e 76% no step-down, apesar dos baixos valores de Qm e kp. Variações nas frequências de ressonância foram observadas em relação ao step-up e down e variando a resistência de carga (RL).

With the continuous technological growth and the demand for miniaturization of equipment, piezoelectric transformers present several advantages compared to their magnetic analogues. Among these advantages are low cost, smaller size, non-flammability, non-electromagnetic interference and high efficiency, power density and insulation factors. Piezoelectric transformers are constructed from piezoelectric materials, such as piezoelectric crystals or polycrystalline ferroelectric ceramics. These transformers operate by means of a direct and inverse piezoelectric effect due to electromechanical coupling. The work aims to manufacture and characterize a disk-type piezoelectric transformer polarized in the thickness direction and, operating on radial vibration mode. The solid solution 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)03]-0.35PbTiO3 (PMN-35PT) was chosen as the base of the transformer thanks to its excellent electromechanical properties. The transformer electrodes were placed by DC Sputtering and the ceramics were polarized by applying an electric field of 14.06 kV/cm, resulting in a coercive field and remnant polarization of 5.90 kV/cm and 10.28 μC/cm². Despite the low values of Qm and kp, the transformer presented a gain of 250% for step-up and 76% for step-down. Variations in the resonance frequencies were observed in relation to step-up and step-down and, matching resistance (RL).