Green Chemistry

Es fácil librarnos del Plomo.

Las cerámicas de Zirconato Titanato de Plomo (PZT) son materiales piezoeléctricos de alto rendimiento que generan un voltaje en respuesta a una tensión aplicada y cambian de forma en respuesta a un voltaje aplicado. Son un componente integral de un amplio rango de dispositivos electrónicos, incluyendo sensores, transformadores y bocinas. Estudios anteriores han demostrado que los materiales piezoeléctricos tienen el mejor desempeño piezoeléctrico cuando su composición es cercana a una región de transición llamada morphotropic phase boundary (MPB), es decir, límite de la fase morfotrópica. En el caso de las cerámicas PZT, el estado MPB equivale a una composición de 60% de plomo en peso. Sin embargo, la producción y desecho de materiales con ese alto contenido de plomo es una seria amenaza a la salud humana y ambiental.

Las cerámicas de Niobato de Sodio y Potasio (NKN) son un sustituto prometedor libre de plomo para el PZT, teniendo una composición de partes iguales de sodio y potasio. Desafortunadamente, las temperaturas requeridas para la síntesis convencional de cerámicas NKN, volatiliza los átomos de potasio y por eso puede afectar la razón sodio-potasio. Estos procesos también son muy tardados e involucran muchos pasos.

Gregory Goh y Albertus D. Handoko del Instituto de Investigación de Materiales e Ingeniería A*STAR demonstraron un proceso hidrotérmico para síntesis de cerámicas NKN ("Hydrothermal synthesis of sodium potassium niobate solid solutions at 200°C "). El método hidrotérmico no sólo es amigable para el ambiente y de bajos costos, también se utiliza ampliamente para la síntesis de materiales nanoestructurados. Los investigadores agregaron pentóxido de niobio a una mezcla acuosa de hidróxidos de sodio y potasio y les permitieron reaccionar a presión a 200 °C por 24 horas. Cuando la reacción se completó, lavaron los polvos precipitados con agua desionizada y después secaron los sólidos al aire.

Los estudios de difracción de rayos X revelaron que los polvos de NKN con una composición cercana a MPB podían ser obtenidos hidrotérmicamente, excepto que los sólidos fueran una mezcla de NKN y niobato de sodio. Los investigadores encontraron que calentar la fase mezclada a 800°C por dos horas daba una fase de NKN con composición de NPB. El resultado sugiere que había ocurrido un proceso de intercambio atómico entre los átomos de sodio y potasio, similar al que ocurre el el proceso de calcinación.

"La observación de que soluciones sólidas de NKN puede ser sintetizada a composiciones cercanas a MPB significa que se pueden hacer películas delgadas piezoeléctricas y libres de plomo por esta técnica también," dice Goh. "Esto extiende el potencial de este método de síntesis, ya que las pelícuals delgadas son esenciales para dispositivos miniaturizados."

Fuente: A*STAR