Caracterizacion Electrica

INTRODUCCION

En la actualidad día a día utilizamos distintos objetos y herramientas, estos de aquí se encuentran hechos de distintos materiales. Los materiales se pueden clasificar en:

• Materiales metálicos

• Materiales polímeros

• Materiales cerámicos

Cada uno de los cuales tienen distintas propiedades debido a su estructura y su composición. Las propiedades de cada uno de los materiales varían de acuerdo a su fuerza de enlace (energía de enlace), disposición atómica y empaquetamiento de átomos en cada sólido. Estas propiedades sirven para el diseño de estructuras y maquinarias en la ingeniería y en el día a día.

Es importante establecer que al mismo tiempo que existen distintos tipos de materiales, existen también para cada uno de ellos, diferentes tipos de propiedades. Las propiedades principalmente frecuentadas en la ingeniería de los materiales son:

• Propiedades eléctricas: basadas en como reacciona un material ante un campo eléctrico.

• Propiedades mecánicas: basadas en el comportamiento ante un fenómeno externo.

• Propiedades magnéticas: basada en el comportamiento de un material en presencia de un campo magnético.

• Propiedades térmicas: basada en la reacción de un material en durante cambios de temperatura.

• Propiedades ópticas: basadas en el comportamiento de los materiales en presencia de ondas luminosas (luz).

El objetivo de este informe se enfocara en definición y descripción de las propiedades eléctricas de un material en dependencia de si éste es cerámico, metálico o polímero. De la misma manera, se enfocara en la evaluación de cada propiedad para reconocer las aplicaciones en la ingeniería. Principalmente entonces en cuatro propiedades eléctricas más importantes: conductividad y di-electricidad; superconductividad; y, polarización y piezoelectricidad.

Es importante establecer entonces a partir de los tres tipos más referenciales de materiales clasificados de acuerdo a su comportamiento eléctricos: conductores, semiconductores y dieléctricos; los cuales podemos analizar de acuerdo a las propiedades antes mencionadas y vincularlos con la clasificación de acuerdo a su estructura cristalina: metálicos, cerámicos y polímeros. Entonces a continuación se explica brevemente tal clasificación de los materiales:

• CONDUCTORES: Son aquellos con gran número de electrones en la Banda de Conducción, es decir, con gran facilidad para conducir la electricidad (gran conductividad). Todos los metales son conductores, unos mejores que otros.

• SEMICONDUCTORES: Son materiales poco conductores, pero sus electrones pueden saltar fácilmente de la Banda de Valencia a la de Conducción, si se les comunica energía exterior. Algunos ejemplos son: el Silicio, el Germanio, el Arseniuro de Galio; principalmente cerámicos.

• AISLANTES O DIELECTRICOS: Son aquellos cuyos electrones están fuertemente ligados al núcleo y por tanto, son incapaces de desplazarse por el interior y, consecuentemente, conducir. Buenos aislantes son por ejemplo: la mica, la porcelana, el poliéster; en lo que integran una gran cantidad de materiales cerámicos y materiales polímeros.

COMPORTAMIENTO ELECTRICO Y CONDUCTIVIDAD

Las propiedades eléctricas de un material describen su comportamiento eléctrico -que en muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico- y describen también su comportamiento dieléctrico, que es propio de los materiales que impiden el flujo de corriente eléctrica y no solo aquellos que proporcionan aislamiento. Los electrones son aquellos que portan la carga eléctrica (por deficiencia o exceso de los mismos) e intervienen en todo tipo de material sea este conductor, semiconductor o aislante. En los compuestos iónicos, sin embargo, son los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. Adicional a esto la facilidad de los portadores (electrones o iones) depende de los enlaces atómicos, las dislocaciones a nivel cristalino, es decir, de su micro-estructura, y de las velocidades de difusión (compuestos iónicos). Para esto es necesario antes especificar que el comportamiento eléctrico de cualquier material, el cual se deriva a partir de propiedades como la conductividad eléctrica. Por eso la conductividad eléctrica abarca un gran rango dependiente del tipo de material. Los electrones son precisamente los portadores de la carga en los materiales conductores (como los metales), semiconductores y muchos aislantes, por ello al observar la tabla siguiente podemos observar que dependiendo de su tipo y estructura electrónica la conductividad es alta o baja.

Materiales Estructura electrónica Conductividad (ohm-1. cm-1)

Metales alcalinos:

Na 1s22s22p63s1 2.13E+5

K …………3s23p64s1 1.64E+5

Metales alcalinotérreos:

Mg 1s22s22p63s2 2.25E+5

Ca …………3s23p64s2 3.16E+5

Metales del grupo IIIA:

Al 1s22s22p63s23p1 3.77E+5

Ga …………3s23p63d104s24p1 0.66E+5

Metales de transmisión:

Fe …………3d64s2 1.00E+5

Ni …………3d84s2 1.46E+5

Metales del grupo IB:

Cu …………3d104s1 5.98E+5

Ag …………4d105s1 6.80E+5

Au …………5d106s1 4.26E+5

Materiales del grupo IV:

C(diamante) 1s22s22p2 < 10E-18

Si ……..3s23p2 5.00E-6

Ge ……..3d104s24p2 0.02

Sn ……..4d105s25p2 0.90E+5

Polímeros:

Polietileno 10E-15

Politetrafluoroetileno 10E-18

Poli-estireno 10E-17 a 10E-19

Epoxi 10E-12 a 10E-17

Materiales cerámicos:

Alúmina (Al2O3) 10E-14

Vidrio de sílice 10E-17

Nitruro de boro (BN) 10E-13

Carburo de silicio (SiC) 10E-1 A 10E-2

Carburo de boro (B4C) 1 a 2

COMPORTAMIENTO ELECTRONICO DEBIDO A NIVELES DE ENERGÍA

Los electrones en los metales se hallan en una disposición cuántica en la que los niveles de baja energía disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados, a este concepto se lo conoce como "teoría de banda". En esta teoría se dice que los grupos de electrones residen en bandas, que constituyen conjuntos de orbitales. Cada banda tiene un margen de valores de energía, los cuales poseen electrones pero en defecto (pocos). En el caso de los metales, es el paso de electrones (electrones libres) a estas bandas con defecto de electrones lo que data sus elevadas conductividades tanto térmicas como eléctricas.

Adicionalmente, dicha banda se conforma de bandas menores: banda de valencia y banda de conducción. La banda de valencia es un nivel de energía en el que se realizan las combinaciones

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