28 abril 2010

Fundamentos del nanoposicionado con transductores piezoeléctricos


PROPIEDADES DE LA NANOPOSICIÓN CON TECNOLOGÍA PIEZOELÉCTRICA
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Las propiedades de los sistemas de posicionamiento piezoeléctrico son las siguientes:

A) Resolución ilimitada

Los actuadores piezoléctricos convierten la energía eléctrica directamente en energía mecánica. Consiguen movimientos en un rango sub-nanómetro. No hay partes móviles en contacto cada una con otra que limiten la resolución.

B) Rápida expansión

Los actuadores Piezo reaccionan en cuestión de microsegundos. Pueden obtenerse aceleraciones de 10.000 g.

C) Alta fuerza de generación

Los actuadores piezo de alta carga son capaces de mover cargas de varias toneladas. Pueden cubrir rangos de desplazamiento de varios 100 µm con resoluciones en el rango de sub-nanómetros.
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D) Campos no magnéticos
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El efecto piezoeléctrico está relacionado con los campos eléctricos. Los actuadores piezo no producen campos magnéticos ni están afectados por ellos. Los dispositivos piezo están especialmente indicados para aquellas aplicaciones en las que no se toleran los campos magnéticos.

E) Bajo consumo

En operaciones estáticas, incluso manteniendo cargas pesadas durante largos periodos, no se consume virtualmente ninguna potencia. Un actuador piezo se comporta como un condensador eléctrico. Cuando está en reposo, no se genera calor.
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F) Sin desgaste
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Un actuador piezo no tiene partes móviles como engranajes o rodamientos. Su desplazamiento se basa en la dinámica de estado sólido y no muestra desgastes.
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G) Compatible con locales limpios y con vacío
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Los actuadores piezoeléctricos no causan desgastes ni requieren lubricantes. Algunos modelos no tienen revestimiento con polímeros y son por ello ideales para aplicaciones de vacío ultra-altas.

El efecto piezoeléctrico continúa operando incluso a temperaturas próximas a 0 ºK. Existen actuadores especialmente preparadas para su uso a temperaturas criogénicas.

NANOPOSICIÓN CON TECNOLOGÍA PIEZOELÉCTRICA

Los materiales piezoeléctricos se usan para convertir energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. El movimiento preciso se origina cuando se aplica un potencial eléctrico al material piezoeléctrico.
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Algunas aplicaciones de los actuadores son las siguientes:
  • Actuadores stack: Son los más comunes y pueden generar las fuerzas más altas. Están disponibles unidades con desplazamientos en el rango de 500 µm. Para proteger el material piezocerámico contra condiciones externas destructivas, a menudo proporcionan carcasa de metal y un resorte de precarga integrado para absorber fuerzas de tensión.
  • Actuadores de tubo piezo: Explotan la dirección de contracción radial, y a menudo se usan en scanner de microalcance o microbombeo.
  • Actuadores bimorph y bender: Alcanzan rangos de desplazamiento en el rango de milímetros (a pesar de su tamaño compacto) pero generación de fuerza relativamente baja (pocos newtons).
  • Elementos de corte: Usan el componente de corte (shear) del efecto piezo-inverso y alcanzan largos desplazamientos y fuerzas.
  • Elementos piezo guiados (1 a 6 ejes): Son nanoposicionadores complejos con transmisiones piezo integradas, de estado sólido, conectadas libres de flisión.
  • Piezomotores: Se usan cuando se requieren largos rangos de desplazamiento. Se clasifican en motores ultrasónicos y motores Piezo-Walk.
Bibliografía: Designing with Piezoelectric Transducers Nanopositioning Fundamentals. PI Otros artículos relacionados: - Energy harvesting con tecnología piezoeléctrica. - La tecnología de sensores de film piezoeléctricos y sus aplicaciones. - Últimas innovaciones en los sensores piezoeléctricos.
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