Cerâmicas Piezoelétricas

O ano é 1917. Está em vigor o maior conflito bélico que a humanidade viu até então: a Primeira Guerra Mundial. A Tríplice Aliança, composta pelos Impérios Alemão, Austro-Húngaro e Otomano, aperfeiçoou a arma que os possibilitava se infiltrar em águas adversárias completamente despercebidos e afundar a armada inimiga em um piscar de olhos. O impacto do submarino bélico certamente seria decisivo no curso da guerra. Eis que então um francês, Paul Langevin, utilizando cristais de quartzo acoplados a massas metálicas cria o primeiro sonar para detectar submarinos - invenção muito importante do ponto de vista estratégico, cujo impacto pode ter colaborado para o resultado que está escrito nos livros de história. Começa aí a história da aplicação das cerâmicas piezoelétricas.

A piezoeletricidade consiste na habilidade que alguns cristais possuem de gerar uma carga elétrica quando carregados mecanicamente com pressão ou tensão, o que é denominado efeito piezo direto. De maneira complementar, é chamado de efeito piezo inverso a deformação sofrida pelos cristais quando estes são submetidos às forças de um campo elétrico. Nesse último caso, a polaridade dependerá da orientação do cristal relativa à direção da pressão. As cerâmicas que possuem propriedades piezoelétricas pertencem ao grupo dos metais ferroelétricos e possuem uma estrutura policristalina formada por domínios, sendo estes, compostos pelas chamadas células elementares. Nesse sentido, as cerâmicas piezoelétricas são corpos maciços constituídos por inúmeros cristais ferroelétricos microscópicos. Tais cristais possuem estrutura cristalina do tipo Perovskita, que apresenta simetria tetragonal, romboédrica ou cúbica simples, dependendo da temperatura em que o material se encontra. Quando o material se encontra abaixo da temperatura de Curie, a estrutura Perovskita apresenta simetria tetragonal e, nesse caso, o centro de simetria das cargas elétricas positivas não coincide com o centro de simetria das cargas negativas, formando assim, um dipolo elétrico. A existência desse dipolo faz com que a estrutura cristalina sofra deformação quando exposta a um campo elétrico e gere um campo elétrico quando submetida à deformação mecânica, o que caracteriza o efeito piezoelétrico.

Nesse contexto, as cerâmicas piezoelétricas possuem inúmeras aplicações, como no cenário bélico comentado anteriormente. Nos dias atuais, sua utilização abrange diversas áreas, inclusive a medicina, que pode se utilizar desse material para realizar a atomização da água e até mesmo de medicamentos. Sob essa ótica, um importante equipamento hospitalar e também doméstico é o atomizador de malha, popularmente conhecido como “inalador”. Nesse caso , a nebulização ocorre a partir de uma malha piezocerâmica vibratória, que vibra rapidamente e pode puxar através de orifícios o líquido presente no reservatório que se encontra junto a um disco perfurado, ou seja, a malha. Assim, a água é atomizada - processo que consiste na passagem desta por uma câmara de corrente de ar quente, o que propiciará sua evaporação -, há o surgimento de gotas e então o aerossol ali contido pode ser inalado.

Outra aplicação desses materiais se encontra na geração de energia de forma barata e limpa. A ideia consiste na utilização de sistemas contendo materiais piezoelétricos em ruas, de modo que, quando um carro passa por cima desses sistemas, os materiais piezoelétricos são pressionados, gerando diferença de potencial, que pode ser utilizada para alimentar os postes de iluminação da estrada ou para recarregar uma bateria, por exemplo. Existem estudos e protótipos dessa aplicação, e, dadas as dimensões da indústria automobilística, a utilização de piezoelétricos com esse propósito se torna cada vez mais viável.

Como observado, as cerâmicas piezoelétricas tiveram um papel revolucionário na história e continuam a ser empregadas em dispositivos de extrema importância. Esse é mais um exemplo de como a ciência dos materiais está inserida nos mais diversos setores e possibilita uma ascensão cada vez maior de novas tecnologias. Do poder bélico à produção de energia limpa, a engenharia de materiais permeia nosso cotidiano de diferentes maneiras, o que coloca os profissionais da área em um papel de constante aprendizado, tendo em vista que novas tecnologias não param de surgir. E você, já conhecia o fenômeno da piezoeletricidade e as diferentes aplicações das cerâmicas piezoelétricas? Conte para nós nos comentários.