Sinterització “flash” controlada per corrent per a un ajust ultra-fi de la microestructura en perovskites ferroelèctriques lliures de plom

La producció en massa de materials policristal·lins ferroelèctrics amb excepcionals i variades propietats funcionals ha permès el disseny d'un extens conjunt de dispositius electrònics, capaços de satisfer una àmplia demanda de dispositius electrònics en molts sectors industrials i de consum. No obstant això, la fabricació convencional d'aquests materials s'enfronta actualment a restriccions globals a causa del seu alt consum d'energia i impacte ambiental. A més, els materials ferroelèctrics que actualment dominen el mercat, com el titanato zirconato de plom, han de ser substituïts a causa de la toxicitat del plom, tant en els processos de producció com de reciclatge. Per tant, existeix una necessitat urgent de desenvolupar materials ferroelèctrics sense plom que requereixin baixa energia per a la seva producció en massa però amb propietats funcionals similars als materials tradicionals. La sinterització “flash”, una nova tècnica de sinterització assistida per camp elèctric, emergeix com un enfocament nou i prometedor perquè permet obtenir ceràmiques d'alta densitat en segons i a temperatures més baixes que la sinterització convencional. A més, encara que la quantitat de paràmetres que han de controlar-se en aquesta tècnica pot considerar-se alta, un ajust adequat d'aquests permet un control fi sobre la microestructura de les mostres resultants, millorant les seves propietats funcionals. Si bé la sinterització flash s'ha utilitzat en la literatura per a obtenir una àmplia varietat de ceràmiques estructurals, el seu ús per a sinteritzar materials funcionals encara és moderat, i fins i tot escàs en ferroelèctrics. A més, els treballs existents relacionats amb la sinterització flash de materials ferroelèctrics se centren en obtenir ceràmiques denses amb una microestructura adequada, però falten estudis integrals que evidencies una correlació entre microestructura i propietats.

En aquesta tesi, es presenta un estudi exhaustiu sobre com els paràmetres de la sinterització flash afecten tant la microestructura com a les propietats funcionals d'òxids ferroelèctrics tipus perovskita sense plom i d'alta densitat. S'introdueix el control del perfil de corrent durant la sinterització com un nou paràmetre, la qual cosa permet obtenir un millor control de la microestructura i una resposta funcional millorada en els materials obtinguts. Aquest enfocament obre un nou camí per una sinterització respectuosa amb el medi ambient, de baix cost, eficient en energia i que proporciona un ampli control sobre les propietats finals dels materials.