Piezoelectricidad

Materiales piezoeléctricos
Nº 3, 2010

Editorial
En este nuevo número del boletín de vigilancia sobre materiales inteligentes se trata el tema de
los materiales piezoeléctricos, por su gran aplicabilidad y extensión desde su descubrimiento.
El efecto piezoeléctrico describe la relación entre una tensión mecánica y un voltaje eléctrico en
sólidos. Es la capacidad de ciertos materiales–minerales, cerámicas y algunos polímeros- para
producir una carga eléctrica en respuesta a un esfuerzo mecánico aplicado. También puede
observarse el efecto inverso, en el que los materiales piezoeléctricos se deforman por la
aplicación de un campo eléctrico.
A continuación se muestra esquemáticamente el efecto piezoeléctrico:

Sumario
Editorial

1

Palabras clave

2

Visión actual

3Publicaciones

3

Patentes

6

Proyectos en curso

9

Noticias
Eventos

1

10
12

En el efecto piezoeléctrico
directo, la compresión y la
expansión de un material genera
cargas eléctricas opuestas sobre
las caras respectivas de la
muestra.
En
el
efecto
piezoeléctrico
inverso,
la
aplicación de un voltaje a un
material piezoeléctrico produce
una ciertadeformación.
Este efecto es conocido desde
hace más de un siglo y se lleva
usando desde hace décadas en
aplicaciones tan cotidianas como
calentadores, cocinas, mecheros
(al pulsar el botón, lo que
hacemos es deformar un material
piezoeléctrico hasta el punto que
genera una chispa debido a la
diferencia de potencial eléctrico).

Materiales piezoeléctricos
Nº 3, 2010

La piezoelectricidad fuedescubierta en 1880 por Jacques y Pierre Curie. Los hermanos Curie
descubrieron que cuando se aplicaba una tensión a ciertos cristales como la turmalina, el
cuarzo, el topacio y la sal Rochelle, aparecía una carga eléctrica, y su voltaje era proporcional a
la tensión. De los materiales mencionados, solo el cuarzo se utiliza hoy en día comercialmente.
Todos los demás cristales piezoeléctricosimportantes desde el punto de vista práctico se
obtienen de forma artificial.
Si bien los materiales piezoeléctricos monocristalinos se siguen desarrollando, los materiales
piezoeléctricos más utilizados son los materiales cerámicos policristalinos y los polímeros. Estos
materiales presentan carácter piezoeléctrico después de haber sido sometidos a una
polarización artificial. La cerámicapiezoeléctrica más empleada se denomina titanato zirconato
de plomo (PZT). Su composición química es Pbx (TiZr)1-xO3. Una de las composiciones
comercialmente más típicas contiene aproximadamente el 47% de PbTiO3 y el 53% de PbZrO3.
El polímero piezoeléctrico más desarrollado es el poli (fluoruro de vinilideno) (PVDF).
Los materiales piezocerámicos tienen la propiedad de ser rígidos y dúctiles, porlo que son
buenos candidatos para emplearlos como actuadores, debido a su gran módulo de elasticidad,
lo cual facilita el acoplamiento mecánico con la estructura. En cambio, los piezopolímeros están
mejor preparados para actuar como sensores porque añaden una rigidez mínima a la estructura
dada su flexibilidad y además son de fácil elaboración. La forma más habitual de emplearlos es
comosensores de contacto y transductores acústicos en forma de lámina delgada.
Los materiales piezoeléctricos han sido embebidos en materiales compuestos en aplicaciones
como la amortiguación de vibraciones o la detección de impactos (como en los airbags, donde el
material detecta la intensidad del choque y envía una señal eléctrica que activa el airbag).
Un ejemplo interesante es el de los sensorespiezoeléctricos de distribución constante como es
el caso de las pinturas piezoeléctricas o inteligentes. Este tipo de pintura puede prepararse
utilizando polvo cerámico a base de titanato zirconato de plomo como pigmento y con resina
epóxica como aglomerante. La mezcla se aplica sobre una superficie y se cura y polariza a
temperatura ambiente. La película de pintura resultante actúa como...