Òxids ferroelèctrics ecològics per a aplicacions en energia

L’augment de la demanda global de tecnologies sostenibles ha impulsat el desenvolupament de nous materials funcionals capaços de donar resposta als actuals reptes energètics i ambientals. En aquest context, els materials ferroelectres han adquirit una rellevància especial gràcies a la seva capacitat multifuncional, fet que els converteix en candidats prometedors per a aplicacions com l’emmagatzematge d’energia, actuadors, sensors i sistemes de refrigeració en estat sòlid. D’entre ells, el titanat de bari (BaTiO₃) destaca per ser un dels materials més estudiats, a causa del seu comportament ferroelectric a temperatura ambient, el seu baix cost, la seva facilitat de síntesi i, sobretot, pel fet de no contenir plom, una característica clau per reduir l’ús de substàncies tòxiques en dispositius electrònics. Les propietats del BaTiO₃ pur poden ser millorades mitjançant la introducció de dopants, com ara l’estany (Sn), que permeten modificar l’estructura cristal·lina, ampliar la regió de coexistència de fases i optimitzar el comportament funcional del material. Diversos estudis han mostrat que la substitució parcial del Ti⁴⁺ per Sn⁴⁺ a la xarxa perovskita del BaTiO₃ millora la resposta funcional del sistema, potenciant diverses aplicacions. Així doncs, el sistema BaTi_1-xSn_xO₃ representa una plataforma interessant per al desenvolupament de materials ceràmics avançats amb aplicacions en l’emmagatzematge eficient d’energia elèctrica i en tecnologies netes de refrigeració sense components mòbils.

Aquesta tesi presenta un estudi experimental detallat del sistema BaTi_1-xSn_xO₃ per a composicions amb x = 0,03, 0,06, 0,09, 0,12, 0,15 i 0,20, sintetitzades mitjançant la metodologia convencional de reacció en estat sòlid. Es van analitzar les propietats estructurals, dielèctriques i ferroelectres amb l’objectiu d’avaluar el seu potencial en aplicacions d’emmagatzematge d’energia i refrigeració en estat sòlid. Es van estudiar les transicions de fase, la resposta electrocalòrica i la capacitat d’emmagatzematge d’energia, identificant les composicions òptimes amb alta densitat d’energia recuperable i un efecte electrocalòric destacable.