Materiales cristalinos

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PROGRAMA DE CAPACITACIÓN MULTIMEDIAL

LAS CIENCIAS EN EL MUNDO CONTEMPORÁNEO

CIENCIAS NATURALES

MATERIALES CRISTALINOS

Introducción. Sólidos cristalinos | Propiedades eléctricas de los materiales | Conductores electrónicos | Conductores iónicos | Materiales piezoeléctricos y derivados | El color de los materiales | Absorción de la luz | Emisión de la luz | El láser | Lonuevo
Autores: Dra. Sara Aldabe Bilmes (UBA y CONICET) y Dr. Fabio Doctorovich (UBA y CONICET) | Coordinación Autoral: Dr. Alberto Kornblihtt (UBA y CONICET)

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INTRODUCCIÓN. SÓLIDOS CRISTALINOS
© DoITPoMS Micrograph Library, University of Cambridge / Gran Bretaña

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Visualización de dominios cristalinos en un acero por microscopíaelectrónica.

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Código para las imágenes 3D.

l mundo de los sólidos cristalinos es muy amplio. Los encontramos en la naturaleza, en los minerales y rocas, donde algunos cristales son particularmente grandes, como en las piedras preciosas. También los encontramos en muchos de los objetos que nosrodean, en el acero o en el aluminio, en los que el material es un conjunto de dominios cristalinos "pegados" entre sí, como se ve en la imagen microscópica del acero. Un sólido cristalino puede pensarse como un arreglo periódico de un grupo representativo de átomos, moléculas o iones. Esto nos permite construir un cristal mediante una estructura mínima, llamada celda unidad, que trasladamos por elespacio −como si construyéramos una pared azulejada a partir

de un número mínimo de azulejos que se repiten−, y enfocarnos en un número pequeño de átomos, moléculas o iones para describir sus propiedades. La importancia tecnológica de los sólidos cristalinos está en relación con sus propiedades eléctricas, ópticas o magnéticas que son distintivas de las estructuras periódicas y en base a lascuales se fabrican muchos dispositivos de la vida actual: láseres, dispositivos emisores de luz (LED), fotómetros, celdas solares, transistores, chips, pantallas de TV, transformadores, sensores de temperatura o de humedad. Todas estas propiedades están relacionadas con la estructura del material y con la distribución de los electrones de valencia de los átomos que forman parte del cristal. Lo másinteresante de

los sólidos cristalinos es que sus propiedades se pueden alterar o sintonizar controlando, mediante la síntesis, la cantidad de defectos o de impurezas en el cristal. Si bien los sólidos cristalinos tienen muchos usos por sus propiedades mecánicas, térmicas o magnéticas, en este fascículo nos referiremos sólo a las propiedades eléctricas y ópticas. Esta elección se basa en que enestas propiedades es donde más se manifiesta la importancia de la cristalinidad y de la sintonía por medio de la síntesis. En ambos casos mostraremos la relación entre la propiedad, la estructura y la composición del sólido y su aplicación en los llamados dispositivos de estado sólidos, como los empleados en microelectrónica o en algunos láseres.

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PROPIEDADESELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES

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as propiedades eléctricas están relacionadas con el desplazamiento de partículas cargadas: iones y electrones. Este desplazamiento normalmente se manifiesta como una corriente eléctrica, es decir, por el transporte de partículas con carga a través del material. Para que las partículas cargadas se desplacen es necesario entregar trabajo eléctrico, y lo usual esreferir esta energía como una diferencia de potencial entre los extremos del material. Eso es lo que hacemos cuando conectamos un equipo a la red domiciliaria de energía eléctrica. Conductores electrónicos: transportan electrones a lo largo del material. Conductores iónicos o electrolitos sólidos: transportan iones a lo largo del material. Piezoeléctricos, optoeléctricos, cristales líquidos: al...