09Propiedades piezoeléctricas-

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Ingeniería de Materiales			92
Piezoelectricidad
En el año 1880 los hermanos Curie descubrieron un efecto sumamente interesante: un cristal, al ser sometido a una presión mecánica a lo largo de un eje determinado desarrollaba una diferencia de potencial entre sus caras.
Al año siguiente comprobaron experimentalmente su efecto recíproco: frente a campos eléctricos externos, estos cristales evidenciaban una deformación mecánica. Esta propiedad fue llamada piezoelectricidad, y a dichos materiales piezoeléctricos.
Para explicar este fenómeno se debe analiza la estructura cristalina de estos materiales.
Como se sabe, las moléculas pueden ser polares o no polares, aunque la suma de los momentos internos del cuerpo sea cero. Algunos materiales no solo están compuestos por moléculas polares, sino que éstas están alineadas en lo que se conoce como dominios.
Así, el objeto presenta un momento dipolar neto observable y permanente. Estos objetos son llamados electretos y son el equivalente eléctrico de un imán. Sin embargo no son tan útiles pues las cargas del aire anulan rápidamente a las cargas de polarización y hacen que no se observen campos eléctricos resultantes.
Para el análisis del fenómeno (existencia de momentos dipolares moleculares), en particular interesa la forma de la celda unidad del piezoeléctrico
Estructura de Pirovskita
La celda consta de 3 elementos y es característica de compuestos de la forma ABO3, donde A y B son cationes cuya suma de estados de oxidación es +6, y O oxígeno.
A es un catión de tamaño comparable al oxigeno, y ambos forman un empaquetamiento cúbico centrado en las caras (A en los vértices y O en las caras).
B es un catión pequeño que ocupa el hueco octaédrico limitado por los oxígenos.
Celda simétrica
Celda sin centro de inversión
La estructura distorsionada, con B desplazado, fuera del centro del cubo, no tiene centro de inversión (rotada a 180º no se obtiene la misma configuración). 
 En este caso, el centro de cargas negativas no coincide con el centro de cargas positivas y la celda unidad presenta un momento dipolar permanente. Si los momentos dipolares en el material predominan en un sentido, el material será un electreto. Si, en cambio, están dispuestos al azar, el material puede prepararse alineando dichos momentos dipolares moleculares mediante campos eléctricos grandes (> a 2kV/mm2) a temperaturas cercanas a la temperatura Curie. Esta es la forma de conseguir piezoeléctricos mejorados, como el BaTiO3, PbTiO3 y otros. 
El efecto piezoeléctrico se debe a que los momentos dipolares presentes están íntimamente ligados a la estructura física del material. Es por ello que una deformación mecánica (en el sentido adecuado), altera ese conjunto de momentos levemente y el momento resultante. La resistencia interna es muy grande y las cargas del aire no anulan inmediatamente la nueva distribución de cargas de polarización, por lo que se observa una diferencia de potencial neta transitoria en las caras del cristal (hasta que las cargas libres del aire vuelven a anular el efecto de las internas). Dichos voltajes pueden ser del orden de los 10 kV, como en los encendedores comunes.  
Hoy en día los piezoeléctricos tienen una gran variedad de aplicaciones en la tecnología. El efecto piezoeléctrico directo es utilizado para obtener movimientos pequeños, precisos y rápidos, conociendo cuál será su respuesta mecánica frente a un cierto voltaje aplicado. Así se consiguen movimientos menores que el radio de un átomo para microscopios de muy alta resolución. 
La sal NaKC4H4O6 es una de las sustancias naturales que presenta efectos piezoeléctricos elevados, pero tiene el inconveniente de que sus propiedades cambian de manera considerable con la temperatura, haciéndola inapropiada para aplicaciones industriales. En estos casos se utiliza el cuarzo o los materiales cerámicos mejorados.
Una aplicación importante de los materiales piezoeléctricos es en transductores de ultrasonido para detección de defectos internos en componentes de estructura interna cristalina, ordenada.