Title

Cerâmicas piezoelétricas: Fundamentos, rotas de síntese, influência do tamanho de grão e aplicações tecnológicas

Piezoelectric ceramics: Fundamentals, synthesis routes, influence of grain size and technological applications

Authorship

AZEVEDO, ARY MACHADO DE; SILVEIRA, PEDRO HENRIQUE POUBEL MENDONÇA DA; JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA; SILVA, DOUGLAS SANTOS; SOARES, JOANA BATISTA; FONTES, JOSÉ CARLOS FERREIRA; FIGUEIREDO, ANDRÉ BENHUR DA SILVA

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SILVA, DOUGLAS SANTOS

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SOARES, JOANA BATISTA

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FONTES, JOSÉ CARLOS FERREIRA

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DOI

10.5151/2594-5327-43405

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Abstract

Os materiais piezoelétricos constituem uma classe estratégica de materiais funcionais capazes de converter energia mecânica em sinal elétrico e, de modo reverso, transformar estímulos elétricos em deformação mecânica controlada. Essa dupla resposta eletromecânica sustenta aplicações em transdutores ultrassônicos, sensores de pressão, microfones, atuadores de precisão, motores piezoelétricos e sistemas de colheita de energia. Este artigo de revisão apresenta os conceitos fundamentais associados à estrutura cristalina não centrosimétrica, aos coeficientes piezoelétricos d33, d31 e d15, às principais famílias de materiais com chumbo e sem chumbo e às rotas de síntese por estado sólido, sol-gel e método hidrotérmico. Também se discute a influência do tamanho de grão, da densificação, da textura cristalográfica e da configuração de domínios ferroelétricos sobre os parâmetros funcionais. Por fim, são sistematizadas as principais aplicações tecnológicas e os desafios atuais relacionados à substituição de sistemas à base de chumbo por composições ambientalmente mais adequadas.

Piezoelectric materials are a strategic class of functional materials capable of converting mechanical energy into an electrical signal and, conversely, transforming electrical stimuli into controlled mechanical deformation. This electromechanical response supports applications in ultrasonic transducers, pressure sensors, microphones, precision actuators, piezoelectric motors and energy harvesting systems. This review presents the fundamental concepts associated with non-centrosymmetric crystal structures, the piezoelectric coefficients d33, d31 and d15, the main lead-based and lead-free ceramic families, and the synthesis routes based on solid-state reaction, sol-gel processing and hydrothermal methods. The influence of grain size, densification, crystallographic texture and ferroelectric domain configuration on functional parameters is also discussed. Finally, the main technological applications and current challenges related to the replacement of lead-based systems by environmentally suitable compositions are summarized.

Keywords

Cerâmicas piezoelétricas, PZT, Cerâmicas sem chumbo, Tamanho de grão

Piezoelectric ceramics, PZT, Lead-free ceramics, Grain size