Estudio para encontrar materiales de alto coeficiente dieléctrico

La dificultad de realizar condensadores con materiales comunes, hace que se necesite mucha superfície para conseguir altas capacidades, por lo tanto nos encontramos ante la necesidad de materiales "especiales" en su estructura.
La propiedad de ferroelectricidad es la clave para estos condensadores de alta capacidad y baja inductancia. El Titanato de Bario es el material más usado actualmente (* coeficiente dieléctrico de 1500 a 2500), pero están experimentando e investigando con otros materiales con mucho más coeficiente dieléctrico.

* Permeabilidad dieléctrica o coeficiente dieléctrico

muestra condensadores

Estos son 3 muestras sobre diversos materiales con diferentes coeficientes dieléctricos, por lo tanto varían su capacidad y otras propiedades como la piezoelectricidad, etc...
El primero es un condensador cerámico de 30KV y 1,7nF, con un grosor de casi 13 milímetros, y una superfície grande, El coeficiente dieléctrico ronda los 2200. El segundo es un altavoz piezoeléctrico, ligado con la propiedad ferroeléctrica tiene un alto coeficiente dieléctrico, es por ese motivo que tiene tanta capacidad. Tercero es un cristal con coeficiénte dieléctrico de 7 y se puede observar la poca capacidad por superficie.

Procedimiento, ingeniería inversa, fenómenos observados

El momento dipolo de los materiales es el clave para la propiedad que queremos. El agua tiene un coeficiente dieléctrico de 80, el más alto para un material tan simple de conseguir.

Haciendo la ingeniería inversa, se puede observar como la estructura del condensador de titanato de bario está orientada de tal forma que puede romperse perpendicular a sus polos. Se asemeja a la estructura de los cristales de sal común u otros, donde se puede partir el cristal justo por la unión más debil de sus átomos.

Viendo esta propiedad pues podríamos crecer algunos cristales de "sal de rochelle" que tiene la propiedad piezoeléctrica y podría tener un alto coeficiente dieléctrico. ( http://www.alfon.fansub.org/cuerpo-quimica.php En este enlace trato el crecimiento de cristales) Cuando disponga de los cristales bien formados procederé a medir sus propiedades. http://www.alfon.fansub.org/cristales/cristal%20KDP.htm Al final del documento pruebo el efecto piezoeléctrico midiendo unos 9v p/p en un pequeño cristal de sal de rochelle.

Crear el efecto o momento dipolo deseado usando una base de resinas, ceras, etc... donde se pueden alinear electrostáticamente sus átomos y su estructura.

El electret, el material que se usa es una cerámica piezoeléctrica, pero existe un procedimiento a base de ceras y resina para hacer uno.
Otros enlaces para la fabricación de electrets:
http://only1egg-productions.org/AltSci/ElectrostaticMotors/Electrets/Electret.html
http://www.linux-host.org/energy/eguchi.htm
http://www.courtiestown.co.uk/batteries/electret/electret.htm
http://rimstar.org/materials/electrets/index.htm
http://www.linux-host.org/energy/electrets.htm
http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_T02.asp

electret00electret01

electret02Este es un primer electret fabricado usando unos 5KV DC. Su estructura es bastante sólida para ser cera y resina.

electret04Estos son varios electrets a 10KVDC , El trozo de cera superior derecho es sin tensión.
Se puede observar como los electretos con 10KVDC se han orientado sus átomos, moléculas, toda la estructura se ha orientado de tal forma que se rompe solo con hacer un poco de esfuerzo en sentido perpendicular a los polos.

electrets03Foto ampliada de las grietas y cortes perpendicuares.

Esta asemejanza con el condensador de titanato de bario puede ser una pista para conseguir un buen material con alto coeficiente dieléctrico, por lo menos la estructura de cera podría albergar moléculas del material que queramos mezclar que tenga buenas propiedades para su uso como condensador.

Estado de las pruebas:

Actualmente estoy a la espera de que los electrets acaben su tiempo para polarizarse, normalmente unas 3 o 4 semanas cortocircuitados.
La sal de Rochelle está en proceso de crecimiento, estoy buscando el punto óptimo de solución para que a unos 33 grados C crezcan y en pocos días tenga los cristales suficiente grandes.

08 de Junio del 2009

Finalmente he desempaquetado los electrets en reposo y cruzados, he fabricado un electroscopio con pan de oro para que detecte la pequeña carga que puede generar los electrets.

De condensadores
Sin carga. De condensadores
Con carga. De condensadores
Otra vista sin carga. De condensadores
Otra vista con carga. De condensadores

Con un tubo de PVC frotando se carga mucho más, hasta el punto que llega a levantarse tanto los panes de oro que tocan al cristal.

Como coeficiente dieléctrico no ha variado de cuando recién los fabriqué, por lo tanto descarto el uso como condensador.

Otras pruebas, mezclar la cerámica con la resina y endurecer entre campo electrostático:

- Se me ha ocurrido otra idea, y es aprovechar algunos condensadores rotos que tengo, triturar la cerámica (cosa difícil por que es bastante dura), y una vez obtenido el polvo, mezclar con la misma resina para los electretos, aplicar campo electrostático y esperar que tome consistencia parecida a el condensador, luego tomar medidas de coeficiente dieléctrico.

- Haciendo esta prueba, y otra sin carga electrostática y comparando el coeficiente dieléctrico demostraré si la forma de que alcancen tanta capacidad es por el campo electrostático o por el propio material.

Continuará...

 

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