Sinterización “flash” controlada por corriente para un ajuste ultrafino de la microestructura en perovskitas ferroeléctricas libres de plomo

La producción en masa de materiales policristalinos ferroeléctricos con excepcionales y variadas propiedades funcionales ha permitido el diseño de un extenso conjunto de dispositivos electrónicos, capaces de satisfacer una amplia demanda de dispositivos electrónicos en muchos sectores industriales y de consumo. Sin embargo, la fabricación convencional de estos materiales se enfrenta actualmente a restricciones globales debido a su alto consumo de energía e impacto ambiental. Además, los materiales ferroeléctricos que actualmente dominan el mercado, como el titanato zirconato de plomo, deben ser sustituidos debido a la toxicidad del plomo, tanto en los procesos de producción como de reciclaje. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar materiales ferroeléctricos sin plomo que requieran baja energía para su producción en masa pero con propiedades funcionales similares a los materiales tradicionales. La sinterización “flash”, una novedosa técnica de sinterización asistida por campo eléctrico, emerge como un enfoque nuevo y prometedor porque permite obtener cerámicas de alta densidad en segundos y a temperaturas más bajas que la sinterización convencional. Además, aunque la cantidad de parámetros que deben controlarse en esta técnica puede considerarse alta, un ajuste adecuado de ellos permite un control fino sobre la microestructura de las muestras resultantes, mejorando sus propiedades funcionales. Si bien la sinterización flash se ha utilizado en la literatura para obtener una amplia variedad de cerámicas estructurales, su uso para sinterizar materiales funcionales aún es moderado, e incluso escaso en ferroeléctricos. Además, los trabajos existentes relacionados con la sinterización flash de materiales ferroeléctricos se centran en obtener cerámicas densas con una microestructura adecuada, pero faltan estudios integrales que evidencias una correlación entre microestructura y propiedades.

En esta tesis, se presenta un estudio exhaustivo sobre cómo los parámetros de sinterización flash afectan tanto a la microestructura como a las propiedades funcionales de óxidos ferroeléctricos tipo perovskita de alta densidad. Se introduce el control del perfil de corriente durante la sinterización como un nuevo parámetro, lo cual permite obtener un mejor control de la microestructura y una respuesta funcional mejorada en los materiales obtenidos. Este enfoque abre un nuevo camino para una sinterización respetuosa con el medio ambiente, de bajo costo, eficiente en energía y que proporciona un amplio control sobre las propiedades finales de los materiales.