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Prévia do material em texto

Parte II 
Termopar 
Geração de uma voltagem elétrica (ΔV) a partir da aplicação de um 
gradiente de temperatura em materiais condutores 
A voltagem V é proporcional à diferença de temperatura (T1-T2) nos 
terminais dos condutores 
( )T∇
Efeito Seebeck 
Fonte: Termoelectrics Effects in Metals: Termocouples (S. O. Kasap 1997-2001) 
Mais elétrons são excitados na extremidade quente e menos na extremidade fria 
 
Elétrons são transportados da extremidade quente para a extremidade fria 
dT
dVS =
Coeficiente Seebeck 
dT
dV
dT
dVSS ABAB −=−
Considerando um termopar 
Figura de Mérito 
k
SZ
2σ
=
ZT: indica uma maior ou menor eficiência termodinâmica! 
σ: condutividade; k: condutividade térmica 
(K. Uchida et al 2008) 
Geração de uma voltagem de spin (Δμ) a partir da aplicação de um 
gradiente de temperatura em materiais condutores ( )T∇
A voltagem de spin é proporcional à diferença de temperatura (T1-T2) 
nos terminais dos condutores 
Efeito spin Seebeck 
Hg 
= 4,12 K 
H. K.Onnes(1911) 
Supercondutores 
Cerâmica: YBa2Cu3O7 
Tc ≈ 95 K 
Cel. Unit 
(ortorrômbica) 
1) Estime o coeficiente Seebeck do 
termopar Tipo K. 
 
2) Um supercondutor de YBa2Cu3O7 é 
fabricado em uma faixa de filme fino 
com dimensões de 1 μm x 1 mm. A 
77 K, a supercondutividade é perdida 
quando a corrente ao longo do 
comprimento atinge um valor de 17 
A. Qual é a densidade de corrente 
crítica para essa configuração de 
filme fino? 
Exemplo de problema 
Co
nd
ut
iv
id
ad
e 
Maior energia de gap (espaçamento entre as bandas BV e BC) 
comparado aos semicondutores e metais (Eg = 0). 
 
Momento de dipolo elétrico 
 
 dqp

=
Isolantes (dielétricos) 
E

0=E

- + 
Modelo 
p
d

Polarização 
v
p
P
v ∆
= ∑
→∆

lim
0
E

0=E
Δv 
p
p
Δv 
E

Chave aberta 
Chave fechada 
Capacitor 
O vetor deslocamento elétrico 
 
 
 
ε0 : permissividade elétrica no vácuo (8,854 x 10-12 F/m) 
 
E 
 
 
 
 
χE: suscetibilidade elétrica 
PED

+= 0ε
EP E

0εχ=
Então 
 
 
 
 
k: permissividade relativa e 
 
 
 
ou ainda 
 
Ek χ+=1
0εε k=
( ) EEkED E

εεχε ==+= 00 1
 
Rigidez dielétrica 
 
 
Quando altas tensões são aplicadas sobre um dielétrico, elétrons da 
banda de valência podem subitamente ser promovidos para a banda de 
condução resultando em elevada corrente elétrica, este processo e 
denominado de ruptura do dielétrico. 
 
Está relacionada ao máximo campo elétrico que o dielétrico pode 
suportar antes de se comportar como um condutor 
 
Depende da natureza do material, da temperatura, umidade, intervalo de 
tempo de aplicação do campo elétrico, espessura do dielétrico 
 
Calcule a polarização para o material Al2O3 (99,9%) quando sujeito a 
um campo elétrico de 5,0 kV/mm. 
Exemplo de problema 
4,03 x 10-4 C/m2 
Ferroelétricos 
Materiais que sofrem polarização espontânea 
 Ex.: Titanato de bário (BaTiO3 - tetragonal) 
Ba2+ 
O2- 
Ti4+ 
Ciclo de histerese ferroelétrica 
E 
E 
Ps: Polarização de saturação 
Pr: Polarização residual 
 O titanato de bário não é ferroelétrico (paraelétrico) quando na fase 
cúbica!!! 
 
 Isto ocorre para T > 1200C (transição estrutural) 
 
O momento de dipolo é zero (p = 0) 
 
Não há ciclo de histerese ferroelétrica 
 
 
 
Observações 
E 
E 
O efeito piezoelétrico (EP) 
Energia elétrica Energia mecânica 
(transdutor) 
Material 
piezoelétrico 
A aplicação de uma 
tensão (σ) causa o 
aparecimento de um 
potencial elétrico (V) 
A aplicação de potencial 
elétrico (V) causa uma 
mudança estrutural 
(EP reverso) 
 Exemplos de materiais transdutores: SiO2, BaTiO2, Pb(Ti,Zr)O3 
 
 
 Temperatura crítica (TC): limitante de aplicação 
 
 
Coeficiente de acoplamento piezoelétrico (k): fração de conversão de 
energia mecânica em energia elétrica 
 
 
Dielétricos High-k 
Materiais que possuem valores maiores para a constante dielétrica k, 
quando comparada com o valor do dióxido de silício (k=3,9) 
Lei de Moore 
 
... o número de transistores dos chips teria um aumento de 100%, pelo 
mesmo custo, a cada período de 18 meses... 
Consequências 
 
A miniaturização dos transistores levou a uma diminuição na espessura 
do isolante à base de óxido de silício (< 2nm) 
 
Aparecimento de correntes de fuga, ruptura do dielétrico 
 
Aumento no consumo de energia e diminuição na confiabilidade dos 
dispositivos eletrônicos 
Materiais high-k candidatos para substituir o SiO2 
J. Robetson (2004) 
	Comportamento elétrico
	Slide Number 2
	Slide Number 3
	Slide Number 4
	Slide Number 5
	Slide Number 6
	Slide Number 7
	Slide Number 8
	Slide Number 9
	Slide Number 10
	Slide Number 11
	Condutividade
	Slide Number 13
	Slide Number 14
	Slide Number 15
	Slide Number 16
	Slide Number 17
	Slide Number 18
	Slide Number 19
	Ferroelétricos
	Slide Number 21
	Slide Number 22
	Slide Number 23
	O efeito piezoelétrico (EP)
	Slide Number 25
	Dielétricos High-k
	Slide Number 27
	Slide Number 28

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