Valutazione di un parametro piezoelettrico del nitruro di alluminio utilizzando come sistema di prova la configurazione di trave a sbalzo

Il presente lavoro di tesi, si concentra sull’analisi di un trasduttore piezoelettrico per applicazioni ad alta temperatura, utilizzando una configurazione di trave a sbalzo. Il dispositivo, concepito come convertitore piezoelettrico unimorfo, utilizza un modello interpretativo del condensatore piano a piastre parallele. La sua struttura presenta, come elettrodo inferiore, un substrato metallico di alluminio, come dielettrico, un film di nitruro di alluminio depositato tramite magnetron sputtering reattivo e, come elettrodo superiore, una pasta conduttiva in carbonio. Per valutare le prestazioni piezoelettriche del convertitore sono state fatte, presso il Laboratorio di Materiali Micro e Nano Strutturati “M. Bagatin” del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova, diverse prove sperimentali. Inizialmente sono state eseguite delle prove preliminari a temperatura ambiente per ottenere una prima caratterizzazione del comportamento del dispositivo. Successivamente, il dispositivo è stato riscaldato con trattamenti termici a temperature crescenti, passando da un trattamento termico a quello successivo. Dopo ciascun trattamento termico, il convertitore è stato nuovamente provato per valutare la sua risposta piezoelettrica. L’analisi del dispositivo è stata realizzata nel modo seguente. È stato utilizzato un misuratore digitale di impedenza LCR per verificare l’assenza di cortocircuiti indesiderati e misurare la capacità del sistema nell’intervallo di frequenze tra 100 Hz e 300 kHz. Successivamente, attraverso l'uso di uno shaker elettrodinamico, che permette di sollecitare meccanicamente il convertitore, è stata valutata l'uscita di tensione in funzione della frequenza di vibrazione. Infine, mediante un approccio computazionale implementato in MATLAB, sono stati analizzati i risultati sperimentali al fine di ottenere i parametri del modello matematico da cui è possibile ricavare una stima del coefficiente piezoelettrico d31.