Materiales piezoeléctricos
Introducción
Las cerámicas piezoeléctricas son el elemento activo en la mayoría de los dispositivos y transductores ultrasónicos― más importantes, siendo los otros los cristales de cuarzo, los cristales hidrosolubles, los monocristales, los semiconductores piezoeléctricos, los polímeros y los compuestos piezoeléctricos.[1].
Las cerámicas piezoeléctricas pertenecen al grupo que da mayor flexibilidad de formato y de propiedades, siendo ellas ampliamente utilizadas en la fabricación de equipos industriales, específicamente en sistemas de limpieza, equipos de soldadura por ultrasonido, para ensayos no destructivos y equipos para monitorear vibraciones.[2].
Historia
A mitad del siglo , Linneo y Aepinus comprobaron la existencia de un potencial eléctrico como respuesta a cambios de temperatura en determinados materiales. A finales del siglo , Coulomb ya teorizaba que la electricidad podía ser producida aplicando presión. El fenómeno piezoeléctrico fue descubierto por René-Just Haüy, un minerólogo francés, hacia 1870, aunque sus experimentos no fueron concluyentes. Unos años después, en 1880, los hermanos Jacques y Pierre Curie, observaron experimentalmente que al aplicar presión a un cristal de cuarzo se establecían cargas eléctricas en este (el prefijo «piezo» deriva del griego piezein, que significa ‘presionar’). Más tarde comprobaron que los mismos materiales que muestran el efecto piezoeléctrico también muestran el efecto contrario, en el que cambian su forma bajo la influencia de un campo eléctrico dando lugar a lo que se denomina el efecto piezoeléctrico inverso.
Tras la Primera Guerra Mundial, debido a la dificultad para excitar transductores construidos con cuarzo, debido a su demanda para sistemas de alta tensión, comenzaron las investigaciones con materiales sintéticos piezoeléctrico. En los años cuarenta y cincuenta, estos esfuerzos llevaron a la fabricación de las primeras cerámicas piezoeléctricas, de titanato de bario (por la antigua Unión Soviética y Japón), y de titanato zirconato de plomo (Cerámica piezoeléctrica) por Estados Unidos.[2][3].
Por su capacidad de poder convertir la deformación mecánica en energía eléctrica y la energía eléctrica en deformación mecánica, los cristales piezoeléctricos encuentran una gran variedad de aplicaciones en transductores de presión, agujas para reproductores de discos de vinilo, micrófonos, cristales resonadores para los relojes, sensores de presión, aceleración, tensión o fuerza, en osciladores electrónicos de alta frecuencia, etc.[4].