Los polímeros de estructura celular e internamente cargados de manera cuasi permanente,
constituyen una nueva clase de materiales con propiedades electromecánicas
interesantes. Gracias a que su respuesta piezoeléctricas guarda semejanza con la que
exhiben los materiales ferroeléctricos, se ha acuñado para ellos el término ferroelectretos.
Su reciente aparición y sus características físicas inusuales abren nuevas
alternativas en el diseño de transductores ultrasónicos, haciendo necesario cuanti car su potencial real en diversidad de usos, entre los que se cuentan las aplicaciones
ultrasónicas que utilizan el aire como medio de propagación.Los ferroelectretos poseen varias caracteíssticas prometedoras para la construcción de transductores ultrasónicos. Su alta sensibilidad expresada en términos del
coe ciente piezoeléctrico d33, su amplio rango de frecuencia utilizable entre 30 kHz y
2 MHz, su baja impedancia acústica ( 0.03 MRayls) y su incomparable
exibilidad
mecánica, les hacen especialmente atractivos para fabricar transductores ultrasónicos
de excelentes prestaciones en aplicaciones en aire. Además de lo anterior, cabe resaltar
que los ferroelectretos son una tecnología de fácil uso y manipulación, así como
de bajo coste.
El único material ferroelectreto disponible comercialmente en el momento actual
es la película electromecánica Em tTM. Por esta razón los resultados mostrados en
este trabajo están basados en transductores fabricados con esta película. A la fecha
se han desarrollado películas con prestaciones superiores en cuanto a sensibilidad y se
espera que en el futuro cercano estén también disponibles en el mercado. No obstante,
utilizando la película Em t, ha sido posible demostrar el potencial y la versatilidad
de los ferroelectretos en aplicaciones ultrasónicas en aire.Este trabajo de tesis está dividido en cinco capítulos autocontenidos. Inicialmente
se describe el estado actual de desarrollo de la tecnología, indicando sus ventajas y
limitaciones, así como su potencial en aplicaciones ultrasónicas en aire (US-A). De
igual manera, se presenta un estado del arte de las diferentes tecnologías utilizadas
en US-A con el n de enmarcar a los ferroelectretos dentro del panorama actual
constituido por las cerámicas piezoeléctricas, los piezocompuestos, los dispositivos
electrostáticos y los polímeros piezoeléctricos como el PVDF.
En el capítulo dos, se presenta la caracterización de la película Em t como material
base para el desarrollo de transductores. Utilizando medidas obtenidas por
interferometría láser, se presenta la caracterización y el análisis vibro-acústico de dispositivos
de geometría plana, tanto de capa simple como multicapa. Igualmente, se
demuestra que, a pesar de la no homogeneidad de la película Em t y de su patrón
vibratorio, la respuesta dinámica de dispositivos de capa múltiple puede ser estimada
utilizando un modelo electromecánico acoplado y de parámetros concentrados; el cual
es identi cado utilizando la respuesta de transductores previamente caracterizados.
Dicho modelo, que incluye el efecto del adhesivo usado en la jación de la película
a un substrato, permite predecir adecuadamente las frecuencias de resonancia de
transductores multicapa, lo cual resulta de gran utilidad al diseñar los transductores.
El capítulo tres introduce un nuevo concepto en el diseño de transductores ultrasónicos. Gracias a la gran
exibilidad mecánica de la película Em t, a su modo de
vibración tipo pistón y sensibilidad inalterables por la geometría curvada del substrato,
resulta posible concebir lo que en este trabajo se ha denominado transductores
ultrasónicos de super cie desarrollable. A lo largo del capítulo se presenta una comparaci
ón teórico-experimental de la respuesta acústica de transductores novedosos
fabricados con Em t, sobre substratos cilíndricos, cuasiesféricos y helicoidales, para
generar, entre otras posibilidades, patrones de radiación panorámicos, omnidireccionales
y vórtices acústicos.
Posteriormente, en el cuarto capítulo se presenta un nuevo proceso, económico
y con able, para la fabricación de arrays de transductores con ferroelectretos, el
cual reduce considerablemente la instrumentación requerida para la conformación
del multitransductor. Arrays lineales fabricados con la metodología propuesta son
caracterizados y sus respuestas son contrastadas con simulaciones teóricas de campo
acústico. De igual manera se reporta el potencial de utilización de multitransductores
en sistemas con arreglo en fase (phased arrays). En este sentido, resultados pioneros
son presentados en la inspección de defectos en materiales textiles.
Finalmente, el último capítulo condensa los resultados más relevantes de nuestra
investigación con ferroelectretos para aplicaciones ultrasónicas en aire, resaltando las
aportaciones originales de la siguiente tesis. A su vez se presentan posibles vías para
extender en el futuro el trabajo documentado.Peer reviewe