Polimero piezoelektriko eta konposite ferroiko-anitzak

Polimero piezoelektrikoak polimero elektroactiboen mailan sartzen dira. Horiek eremu elektriko baten presentzian nolabaiteko erantzuna izaten dute; adibidez, forma edo tamaina aldatu.

Piezoelektriko hitza alfabeto grekotik dator, "piezo" hitzetik hain zuzen. Hitz horrek, presioa esan nahi du, eta horrela, —presio mekaniko bat jasaten dutenean—, hainbat materialen karga elektrikoak materialaren azalean kokatzen dira.

Piezoelektrizitatea da material bati polarizazio elektrikoa sortaraztea. Hori, tentsio mekaniko baten eraginez gertatzen da.

Efektu horri efektu-zuzena deitzen zaio, eta batez ere, sentsoreak egiteko erabiltzen da.

Material piezoelektrikoei gertatzen zaie baita ere kontrako fenomenoa: seinale elektriko edo karga elektriko baten ondorioz, objektuaren forma aldaratzen da. Hau, batez ere eragingailuentzat erabiltzen da.

Piezoelektrizitatea, material berrien berrikuntza arloaren eragileetako bat da. Material piezoelektrikoen merkatua oso zabala da; material horiek erabilera tekniko ugari eta garrantzitsuak dituzte, bai informazioaren eta komunikazioen arloan, bai industriaren automatizazioan, medikuen diagnosian, baita defentsa industrian ere.

Gaur egun, gehien erabiltzen den polimero piezoelektrikoa PVDF (vinilideno polifluoroa) da. Polimero hori Kawaik lortu zuen lehenengo aldiz 1969an, eta bere propietateen berezitasuna  CF2 dipoloak behar bezala norabidetuta izateari zor dizkio.

Polimero piezoelektriko erdi-kristalinoen aurkikuntza aurrerakuntza teknologikoa oso handia izan zen. Hala eta guztiz ere, kristalak berrorientatzeko erabili behar diren teknologiak konplexuak eta garestiak izan daitezke. Gainera, haien erabilerak gehienezko 800 ºC ko  tenperatura behar du, eta horrek haien praktikotasuna mugatzen du.

Gure interesa arlo honetan, polimero amorfoen sintesia da, zeren eta horiek erantzun piezoelektriko hobeagoa baitute, eta erantzun hori tenperatura altuagotan gertatzen baita.

Ildo horretatik, poliimidak suertatu dira benetan interesgarriak zeren eta propietate termiko, mekaniko eta dielektriko oso interesgarriak baitituzte; eta baita ere haien aldatzeko moldakortasuna  edota multzo funtzional dipolarrak onartzeko gaitasuna oso interesgarriak dira. Horregatik polimero erdi-kristalinoen ordezkari izateko aproposak suertatzen dira.

Polimero piezoelektrikoak tenperatura handietan oso ondo moldatzen dira. Horregatik arlo askotan erabili daitezke: robotikan, optikan, medikuen trenen sentsoretan, ordenagailuetan, eta abar.  Baino ezertan erabili baino lehenago, haien propietate fisiko-kimikoak ondo aztertu behar dira.

Horregatik ikuspuntu piezoelektrikotik interesa duten poliimidak aztertzen ditugu, batez ere  piezoelektrizitate hori tenperatura handietan gertatzen denean, eta eremu elektriko baten bitartez ordenatu ditzaken funtzionaltasun polarrak dituztenean.

Bestalde, gure beste helburuetako bat material ferroiko-anitzak lortzea da, sintetizatutako poliimida piezoelektrikoak erabiliz. Material horiek efektu magneto-elektriko (ME) oso handia dute, eta hortik dator sortzen duten interesa. Efektu magneto-elektrikoa material batzuetan gertatzen da: estimulu baten ondorioz (elektrikoa, magnetiko, termikoa, ...) beste mota bateko erantzuna lortzen da (mekanikoa, optikoa, eta abar...); eta portaera hori da, hain zuzen, material inteligenteen ezaugarri.

Material horiek erabilera ugari dituzte, baina industriarentzat interesgarriak izateko ME handia behar dute. Hori lortu daiteke konpositeak erabiliz, fase bakar bateko materialak erabili beharrean.

Memoria duten materialak deformatu eta gero gai dira forma konkretu bat berreskuratzeko, baldin eta kanpo-estimulu bat jasotzen badute.

Gaitasun hori duten polimero asko daude, baina orokorrean prozesua da beti berdina: alde batetik berreskuratu behar den forma programatu, eta bestaldetik forma berreskuratzeko prozesua programatu.

Memoria-efektua modu askotan induzitu daiteke, baina modurik arruntena beroa da, prozesu termiko bat. Hori bai, badira beste modu batzuk; halaber, metodo kimikoak, edo foto-induziozkoak.

Material polimerikoen bereizgarrietako bat da haien propietateak eta ezaugarriak diseinatzerakoan duten moldakortasuna. Horretan oinarrituta posible da memoria-efektua kontrolpean gertatzen zaizkien sistema polimeriko berriak diseinatzea, ehun inteligenteak lortzeko ezin hobeak direnak

Gure linea honetan termikoki induzitutako memoria duten polimeroak lortu nahi ditugu, eta horretarako  gure abiapuntua polialkenameroak dira, eta prozesuan erabiltzen diren teknologiak urtuta nahastea, elkar-gurutzaketa termikoa eta erradiazio elektromagnetikoa dira.

Material bat erabiltzeko baldintzak materialaren eta haren ingurunearen arteko indarren balantzeak erabakitzen ditu neurri handi batean.

Balantze horretan zerikusia dute konposizio kimikoak (ingurune hidrofiloak eta hidrofoboak), kristalinitateak eta ukipen inguruan materialek dituzten mikro-eremuak eta morfologiak.

Indar horiek orekatzen direnean sortzen da ingurune interfaziala edo gainazala.

Ohiz, gainazalen propietateak kontrolatzea erabakigarria izan da material horien iraunkortasuna eta erabilgarritasuna hobeagotzeko.

Propietate horiek eraldatzeko arrazoiak ugari izan dira: elikagaien kontserbaziorako, eraikuntzarako erabiltzen diren materialen bizitza luzatzeko, edo makina konplexuagoak fabrikatzeko.

Zientziek gainazal horiek nola sortzen diren eta zein ezaugarri dituzten ikertu egin izan duten neurrian, gainazal horiek ulertzeko beste modu bat sortu da. Horrela, gaur egun, babes-sistema pasibo bat izatetik, sistema auto-moldakorrak izatera pasatzea nahi da, inguruaren  aldaketen aurrean erantzuten dakiten sistemak izatera.

Horregatik gainazal polimeriko inteligenteak diseinatzea dugu helburu, zeren eta material horien aniztasuna oso handia da, eta oso errez eraldatu daitezke. Horretaz aparte, material horien beste ezaugarri interesgarria, sentsorizazioa da.

Gainazal polimeriko inteligente horiek sortzeko, gainazal-segregazio prozesaketa erabiltzen da, zeren eta prozesu horrek talde funtzionalak kontrolatzea bermatzen baitu, eta baita ere horien dentsitatea gainazalean.

Talde funtzional segregatuak gainazalean egoteak konplexu iinter-polimerikoak sortzea bermatuko du. Konplexu horiek, ingurugiro balditzen arabera, osatu daitezke edo suntsitu. Interakzio inter-polimerikoak seinale ikuskor bilakatzeko, gainazal funtzionalizatuak egituratzen dira.

Ikerketa linea honen helburua da gainazalen sorreran parte hartzen duten indarrek jasaten dituzten aldaketak aprobetxatzea, seinale ikuskor bilakatzeko. Horretarako, gainazalak diseinatzeak posible izan behar du, eta horien ezaugarri fisiko-kimikoak determinatzeko behar diren teknikak prestatzeak ere.