p Pesquisas na China mostraram que um componente de circuito híbrido comum tem potencial para uso como micro-atuador. Os MLCCs de grau industrial testados exibem surpreendentemente pouca histerese, sugerindo que eles podem ser de interesse em muitas aplicações de microactuação, incluindo nanoposição para microscópios de sondas de varredura. p Opções limitadas

p Micro-atuação usada para nanoposicionamento é importante para ferramentas de nanotecnologia, como o microscópio de varredura de sonda (SPM), que fazem uso de sistemas de nanoposicionamento de micro-atuadores com resoluções inferiores a um nanômetro e faixas de deslocamento de vários micrômetros para permitir que os pesquisadores estudem objetos nos níveis molecular e atômico.

p Micro-atuadores são normalmente feitos de materiais piezocerâmicos ou eletroestrictores. Um dos principais problemas com unidades piezoelétricas é o comportamento histérico entre a tensão aplicada e o deslocamento mecânico de saída. Isso limita seu uso em aplicações de rastreamento de deslocamento de alta precisão. Estratégias de controle foram desenvolvidas para superar essas limitações, mas nenhuma proporcionou um desempenho satisfatório no que diz respeito a todas as questões envolvidas, ou seja, velocidade, resolução, robustez e complexidade. Dispositivos eletrostritivos, por outro lado, sofrem muito menos de histerese, mas são limitados por grande sensibilidade à temperatura e uma relação campo-deformação altamente não linear.

p Uso incomum

p Uma equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) em Hefei acredita ter encontrado uma solução alternativa em um componente eletrônico comumente usado - o capacitor de cerâmica multicamadas (MLCC). MLCCs são componentes eletrônicos fundamentais, normalmente constituindo 30% dos elementos em uma placa de circuito híbrido. Eles consistem em um bloco de cerâmica monolítico em torno de eletrodos sinterizados semelhantes a um pente, com um contato elétrico feito por camadas metálicas queimadas. Existem várias classes, definido pelo tipo de material dielétrico cerâmico usado, e são os membros dos MLCCs de Classe II que chamaram a atenção da equipe do USTC, aqueles conhecidos pela designação X7R.

p Os MLCCs X7R usam principalmente cerâmicas ferroelétricas que exibem efeitos piezoelétricos. Contudo, quando usados ​​como micro-atuadores, exibem muito pouco do comportamento histérico associado aos materiais piezoelétricos. "O comportamento quase sem histerese dos atuadores X7R MLCC propostos permite manipulações simples em malha aberta, aplicações de rastreamento de deslocamento de alta precisão. Eles não requerem poling e têm um deslocamento linear muito melhor e menos sensibilidade à temperatura do que os materiais eletroestritivos tradicionais. Os atuadores MLCC parecem combinar os benefícios dos atuadores piezoelétricos e eletrostritivos tradicionais, "disse o membro da equipe, Dr. Zhihua Feng.

p Como os MLCCs compartilham uma construção empilhada com atuadores piezoelétricos de pilha, mas com camadas dielétricas muito mais finas, a equipe suspeitou que a força eletrostática gerada dentro dos capacitores poderia ser capaz de deformá-los. Mas seus experimentos mostraram que apenas deformações de extensão foram geradas, independentemente da polaridade da tensão aplicada, e os cálculos mostraram que as forças eletrostáticas eram muito fracas para produzir a deformação observada. Então, eles teorizaram que um efeito piezoelétrico inverso pode estar em ação, mas os experimentos mostraram que o efeito piezoelétrico nos MLCCs era bastante fraco. "Uma vez que os MLCCs não foram polidos, poderia ser a tensão de polarização que induziu a polarização líquida nos MLCCs e isso foi confirmado pelo efeito piezoelétrico significativamente aprimorado com uma polarização DC aplicada nos MLCCs. Neste ponto, assumimos que a polarização líquida nos MLCCs é devido à tensão de polarização DC e que o efeito piezoelétrico inverso existe nesse estado, "disse Feng.

p Capacidades úteis

p Na primeira instância, a equipe acredita que a abordagem do micro-atuador MLCC pode ser útil para pesquisadores individuais que precisam de alta precisão, fácil de controlar, estágios de nanoposicionamento de baixo custo para auxiliar seus estudos. Como os MLCCs são feitos para uso como capacitores, a piezoeletricidade não é um foco em sua fabricação, portanto, pode variar de uma unidade para a outra. Para uso em larga escala, testes abrangentes seriam necessários para estudar essa variabilidade e para uma melhor compreensão desse fenômeno e seus mecanismos.

p Como apenas os MLCCs de cerâmica ferroelétrica de alta constante dielétrica têm o comportamento necessário, altas capacitâncias são um recurso necessário dos atuadores MLCC. Isso limitaria as aplicações que requerem atuação rápida, pois a corrente de transmissão pode ser muito alta. Mas isso deixa muitas aplicações potenciais. A equipe do USTC está investigando esses atuadores para o estágio de varredura lateral de um microscópio de força atômica comercial, e obtiveram imagens experimentais iniciais. "Agora mesmo, um dos nossos principais objetivos é melhorar o desempenho de um SPM típico. Mas os MLCCs também podem atuar como elementos sensores de força ou até mesmo componentes de captação de energia, avaliações sobre o potencial dos capacitores precisam ser feitas. Gostaríamos de investigar a possibilidade de usar MLCCs em todas as áreas onde um piezoelemento tradicional é usado, para se beneficiar da baixa tensão de condução e custo, "disse Feng. p Esta história é publicada como cortesia de Cartas Eletrônicas . Para adicionais Cartas Eletrônicas notícias e recursos visite theiet.org/eletters