Ceramice inteligente

Materialele cu o performanta excelenta si noi functii, sunt in mod special candidatele ideale pentru tehnologia de viitor. "Ceramicele de frontiera" sunt o clasa speciala de materiale, cum se poate vedea din tabelul 1. O gama variata de ceramice functionale a fost deja dezvoltata si este in continuare in curs de dezvoltare. Ceramica de frontiera este considerata a fi una dintre "ceramicele foarte avansate".

Nu este o exagerare faptul ca nici un dispozitiv electronic nu poate fi construit fara componente ceramice. Datorita acestui motiv, ceramicele sunt de asemenea, dezvoltate in paralel cu dispozitivele electronice pentru diferite aplicatii. Una din importantele preocupari este aceea de a reduce sau chiar a minituariza marimea dispozitivelor electronice. Un exemplu tipic este un condensator ceramic. In general condensatoarele se compun dintr-un corp sinterizat ca un dielectric. Este foarte cunoscut faptul ca un corp sinterizat este o retea de graunti cu o mare suprafata a limitei de graunte. Reducerea spatiul limitei de graunte poate fi una dintre caile posibile de a obtine dimensiunile mici dorite. In prezent condensatoarele ceramice disponibile, utilizeaza o ceramica cu cateva sute de graunti reprezentand corpul dielectricului. Obiectivul in viitor este de a construi un condensator cu o ceramica cu cativa graunti daca nu chiar cu un singur graunte. In acest caz o mediere a efectului poate sa nu determine stabilitatea proprietatilor ca la o ceramica normala, si trebuie luata in consideratie proprietatea fiecarei limite de graunte sau interfete cat mai precis. Din cauza acestui motiv riguros, principalele teme ale cercetarii in domeniu "Ceramicii de frontiera" sunt axate pe proiectarea structurii si compozitiei interfatelor ceramice si pe incercarea de a stabili o relatie intre interfata proiectata si functia unei ceramice ca un tot unitar.

Tabel 1. Compararea caracteristicelor "Ceramicii de frontiera" cu ceramicele obisnuite.

Materiale

Procesare

Etape

Interfata

Compozitiei

Chimice

Structura

Interfetei

Originea

Proprietatilor

Ceramice

Traditionale

Produse

Naturale

(etapa lichida)

sinterizare

Multe si complicate

Necontrolabile

Necontrolabil

Necontrolabil

Caracteristici

Voluminoase

Ceramice

Avansate

Materiale

Artificiale (etapa lichida si etape solida)

Sinterizare Numar relativ

mic

partial

necontrolabile

Partial

necontrolabil

Variatie statistica

partial

necontrolabile

In special

caracteristici voluminoase

Ceramice de

Frontiera

Materiale

Artificiale

Sinterizare +

Procese

avansate

Cateva etape simple,

precis controlabile

Proiectare si control precis

Proiectare si control precis In special

caracteristicile interfetelor

2. Cercetarea limitei de graunte pentru studiul fundamental al limitei ceramicelor

Suprafetele solidelor pot fi pipaite si studiate prin metode vizibile, stiinta suprafetelor fiind in progres datorita multor metode moderne de analiza a calitatii lor si a anumitor tehnici a divizarii ionilor. Din contra, interfata materialelor nu poate fi in general pipaita si vizibila. Acest dezavantaj despre observarea interfetei a limitat dezvoltarea acestei stiinte pretentioase, pentru un timp indelungat. Oricum, camuflajul interfetei a fost descoperit. Un studiu al analizei structurale folosind un microscop electronic cu transmisie de inalta rezolutie, se poate vedea in figura 1. In ciuda faptului ca este o analiza distructiva, exista posibilitatea intelegerii structurii interfetei la o scara atomica. Exemplul din figura 1, arata o interfata dintre ceramicele de alumina (Al O3) si un metal.

Dezvoltarea analizei structurale da posibilitatea de a observa unele fenomene unice cum se observa in figura 2. Deoarece suntem in pozitia de a discuta fenomenul bazat pe intelegerea structurilor interfetelor pe scala atomica, acum putem prevedea o functie corespunzatoare cu o structura modelata a interfetei. Toate modelele nu pot fi facute in prezent, ca si prelucrarea ceramicelor care este in special facuta sinterizat. Oricum, proiectarea structurii a fost posibila utilizand materiale avasate, prelucrari avansate, prelucrari si evaluari tehnice moderne impreuna cu constructia unui model de interfata avansat.

Fig. 1. Observatie TEM asupra interfetei alumina-vanadium

Fig. 2. Dependenta intre tensiune si intensitatea curentului electric

Concepte fundamentale pentu modelul intefetei

Stiinta ceramicii intra in contact