Aplicación de la aproximación de Johnson en el modelado de elementos finitos para materiales dependientes de campos eléctricos.

La aproximación de Johnson se implementa en un código de elementos finitos para simular la dependencia del campo eléctrico de un material de microestructura núcleo-capa. Mostramos cómo la microestructura, basada aquí en una fracción de volumen 50:50, influye en la permitividad efectiva medida en función del voltaje aplicado. Utilizando un parámetro de Johnson de β = 1.0 × 1010 Vm5/C3, verificado a partir de condensadores cerámicos multicapa (MLCC) comerciales basados ​​en BaTiO3, mostramos cómo la microestructura y la diferencia en las conductividades del núcleo y la carcasa alteran los campos locales generados y cómo esto influye en la dependencia del voltaje de la permitividad efectiva. Los sistemas que comprenden un material conductor similar a un núcleo rodeado por una cubierta resistiva experimentan una dependencia de voltaje pequeña o modesta debido a que el material de la cubierta proporciona blindaje a grandes campos eléctricos dentro de los núcleos. Por el contrario, si el material del núcleo es más resistivo que el material de la carcasa, se produce una dependencia sustancial del voltaje y las simulaciones muestran una disminución de más del 50% en la permitividad efectiva. Estas simulaciones brindan una mejor comprensión de la dependencia del voltaje y proporcionan un método para ayudar a guiar el diseño de futuros materiales para MLCC con un rendimiento mejorado.