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La ferroelasticidad es un fenómeno en el que un material puede exhibir una deformación espontánea, y es el equivalente mecánico de la ferroelectricidad y el ferromagnetismo en el campo de los ferroicos . Un cristal ferroelástico tiene dos o más estados de orientación estables en ausencia de tensión mecánica o campo eléctrico, es decir, estados remanentes, y se puede cambiar de forma reproducible entre los estados mediante la aplicación de una tensión o un campo eléctrico mayor que un valor crítico. La aplicación de campos opuestos conduce a la histéresis a medida que el sistema cruza de un lado a otro una barrera de energía. Esta transición disipa una energía igual al área encerrada por el bucle de histéresis. [1]
La transición de la estructura original del cristal a una de sus deformaciones ferroelásticas estables suele ir acompañada de una reducción de la simetría del cristal. [2] El cambio espontáneo de la deformación y la estructura del cristal puede estar asociado a un cambio espontáneo en otras propiedades observables, como la birrefringencia, la absorción óptica y la polarizabilidad. [3] [4] En materiales compatibles, se ha utilizado la espectroscopia Raman para obtener imágenes directas de la conmutación ferroelástica en los cristales. [5]
La teoría de Landau se ha utilizado para describir con precisión muchas transiciones de fase ferroelásticas utilizando la deformación como parámetro de orden, ya que casi todas las transiciones ferroelásticas son de segundo orden. La energía libre se formula como una expansión en potencias pares de deformación.
El efecto de memoria de forma y la superelasticidad son manifestaciones de la ferroelasticidad. El nitinol (níquel titanio), una aleación ferroelástica común, puede mostrar superelasticidad o efecto de memoria de forma a temperatura ambiente, dependiendo de la relación níquel-titanio.
Papel en el fortalecimiento de la transformación
Las transiciones ferroelásticas se pueden utilizar para endurecer la cerámica, siendo el ejemplo más notable la zirconia. Una grieta que se propaga a través de la zirconia tetragonal abre un espacio adicional, lo que permite que la región alrededor de la grieta se transforme en la fase monoclínica, expandiéndose hasta un 3-4 %. [6] Esta expansión provoca una tensión de compresión delante de la punta de la grieta, lo que requiere un trabajo adicional para propagar aún más la grieta. [7]
Véase también
Lectura adicional
- Salje, EKH (2012). "Materiales ferroelásticos". Revisión anual de investigación de materiales . 42 : 265–283. Código Bibliográfico :2012AnRMS..42..265S. doi :10.1146/annurev-matsci-070511-155022.
Referencias
- ^ Banerjee, Rajat; Manna, Indranil (2013). Nanocompuestos cerámicos . Serie de publicaciones Woodhead sobre ciencia e ingeniería de compuestos. Oxford: Woodhead publ. ISBN 978-0-85709-338-7.
- ^ Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (1 de enero de 2005). "Transiciones de fase ferroelásticas: estructura y microestructura". Acta Crystallographica Sección A . 61 (1): 3–18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673. PMID 15613749.
- ^ Wood, IG (30 de julio de 1984). "Birrefringencia espontánea de BiVO 4 y LaNBO 4 ferroelásticos entre 10K y T c". Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539–L543. doi :10.1088/0022-3719/17/21/003. ISSN 0022-3719.
- ^ Colina, Cristina; Weber, Mads C.; Lehmann, Jannis; Leinen, Tariq; Fiebig, Manfred; Kreisel, Jens; Guennou, Mael (1 de agosto de 2020). "Papel de la tensión ferroelástica en la absorción óptica de BiVO4". Materiales APL . 8 (8). arXiv : 2004.10183 . doi : 10.1063/5.0011507. ISSN 2166-532X.
- ^ Schubert, Amanda B.; Wellman, Richard; Nicholls, John; Gentleman, Molly M. (marzo de 2016). "Observaciones directas de ferroelasticidad inducida por erosión en recubrimientos de barrera térmica EB-PVD". Revista de Ciencia de Materiales . 51 (6): 3136–3145. Código Bibliográfico :2016JMatS..51.3136S. doi :10.1007/s10853-015-9623-7. ISSN 0022-2461.
- ^ Žmak, Irena; Ćorić, Danko; Mandić, Vilko; Ćurković, Lidija (2019-12-26). "Dureza y tenacidad a la fractura por indentación de cerámicas de alúmina y alúmina-circonio coladas por deslizamiento". Materiales . 13 (1): 122. Bibcode :2019Mate...13..122Z. doi : 10.3390/ma13010122 . ISSN 1996-1944. PMC 6981786 . PMID 31888013.
- ^ Jiang, Wentao; Lu, Hao; Chen, Jinghong; Liu, Xuemei; Liu, Chao; Song, Xiaoyan (1 de abril de 2021). "Endurecimiento de carburos cementados mediante transformación de fase de zirconia". Materiales y diseño . 202 : 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275.