PIEZOELECTRICIDAD. Es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren en su masa una polarización eléctrica, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Los cristales de cuarzo se comportan de forma similar a los tanques LC, y también se les conoce como Resonador de cristal, con la ventaja de poder generar frecuencias de oscilación estables e insensibles. [1] Este fenómeno también ocurre a la inversa: se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma. Grupos de material piezoeléctrico Existen dos grupos de materiales: Los de naturaleza piezoeléctrica primigenia: cuarzo, turmalina, etcétera. Los denominados ferroeléctricos: tantalato de litio, nitrato de litio, berlinita, en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares, que tras ser sometidos a polarización adquieren propiedades piezoeléctricas, ya como microcristales orientados. EFECTO PIEZOELÉCTRICO. Loos materiales piezoeléctricos pueden convertir la tensión mecánica en electricidad, y la electricidad en vibraciones mecánicas. El cuarzo es un ejemplo de un cristal piezoeléctrico natural. Los cristales de cuarzo están hechos de átomos de silicio y oxígeno en un patrón repetitivo. En el cuarzo, los átomos se silicio tienen carga positiva y los átomos de oxígeno tienen una carga negativa. Normalmente, cuando el cristal no está bajo ningún tipo de estrés externo, las cargas se dispersan uviformemente en las moléculas a través del cristal. Pero cuando el cuarzo se estira o exprime, el orden de los átomos cambia ligeramente. Este cambio causa que las cargas negativas se acumulen en un lado y las cargas positivas se acumulen en el lado opuesto. Cuando haces un circuito que conecta un extremo del cristal con el otro, puedes utilizar esta diferencia de potencial para producir corriente. Entre más aprietas el cristal más fuerte será la corriente eléctrica. Por el contrario, enviar una corriente eléctrica a través del cristal cambia su forma. [2] ¿Qué son los materiales piezoeléctricos? Los materiales piezoeléctricos son materiales que tienen la capacidad de concebir carga eléctrica interna a partir de la tensión mecánica aplicada. Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que escasean de centro de simetría. Una compresión o un cizallamiento provocan segregación de los centros de gravedad de las cargas eléctricas, tanto positivas como negativas. Por tanto, en la masa surgen dipolos elementales y, por influencia, en las superficies enfrentadas brotan cargas de signo opuesto. Algunos de estos materiales lo podemos conseguir de forma natural. Es decir, son proporcionados por la naturaleza e incluyen hueso, cristales, ciertas cerámicas, adn, esmalte, sedadentina y muchos más. Principio de funcionamiento de los materiales piezoeléctricos Como lo mencionamos arriba, la piezoelectricidad se caracteriza por ser una sustancia para formar electricidad si se le aplica una tensión como apretar, doblar o torcer. Esto ocurre a través de un proceso que es el siguiente Cuando se coloca bajo tensión, el cristal piezoeléctrico produce una polarización, P, ajustada a la tensión que lo produjo. La fórmula central de la piezoelectricidad es p = d × tensión, donde d es el coeficiente piezoeléctrico, un elemento único para cada tipo de material piezoeléctrico. El coeficiente piezoeléctrico para el cuarzo es 3 × 10-12. El coeficiente piezoeléctrico para el titanato de circonato de plomo (pzt) es 3 × 10-10. En la red cristalina se originan pequeños desplazamientos de iones que crean la polarización observada en la piezoelectricidad. Es importante resaltar que este fenómeno solo presenta en cristales que no tienen un centro de simetría Clasificación de los materiales piezoeléctricos Podemos contar con dos grupos de materiales que describiremos a continuación: Los de naturaleza piezoeléctrica primigenia: cuarzo, turmalina, entre otros Los conocidos como ferroeléctricos: tantalato de litio, nitrato de litio, berlinita, en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares, que al ser sometidos a polarización obtienen características piezoeléctricas. Dispositivos conformados con materiales piezoeléctricos Los materiales piezoeléctricos son usados en las industrias en distintos procesos que dan como resultados diversos productos como, por ejemplo, los mencionados a continuación. Dispositivos médicos Telecomunicaciones Automotor Tecnología de la Información (TI) Fuentes de energía de alto voltaje Encendedores de cigarrillos eléctricos Parrillas de gas o estufas y quemadores de gas. Transformador piezoeléctrico. En esta aplicación, los materiales son usados como un multiplicador de voltaje de CA en lámparas fluorescentes de cátodo frío. Sensores Piezoeléctricos tales como el sensor ultrasónico, Sensor médico, sensor de vibración, sensor de presión, sensor de compresión, etcétera. En transducer ultrasónico En actuadores Piezoeléctricos como por ejemplo altavoces, motores piezoeléctricos, electrónica láser, impresoras de inyección de tinta (los cristales impulsan la expulsión de tinta del cabezal de impresión al papel), motores diésel, persianas de rayos x ¿Qué es el efecto de los materiales piezoeléctricos y el efecto piezoeléctrico inverso? El proceso piezoeléctrico se origina cuando se aplica fuerza o presión a un material determinado. El material vibra cuando se le ejerce una fuerza o presión. En este sentido, veamos el comportamiento de los cristales. Estos se polarizan cuando se oprimen, estiran o encrespan. Luego de estar polarizados, crean tensión, creando una proporción directa entre la cantidad de voltaje producido y la cantidad de fuerza aplicada. Por su parte, el efecto opuesto, también conocido como efecto piezoeléctrico inverso ocurre al aplicar voltaje o fem al material. El material vibra y se desfigura, se pliega o se estira. La periodicidad de vibración es la misma que la continuidad fem. Para tener mayor comprensión de lo explicado, veamos el siguiente caso:, si se aplica una fem de 50 hertz (ciclos / segundo) a un cristal, también vibrará a 50 ciclos / segundo. ¿Qué materiales piezoeléctricos son más usados en la electrónica? Cuarzo Rubidio Sal de Seignette Cerámicas Cerámica piezoeléctrica Cerámica técnica Importancia de los materiales piezoeléctricos en la industria La industria por ser un espacio de producción por naturaleza, se beneficia mucho del efecto piezoeléctrico, ya que los materiales que poseen propiedades piezoeléctricas, como la cerámica y los cristales, son elementos muy efectivos, debido a la capacidad que tienen dichos materiales para producir energías eléctricas y mecánicas. En consecuencia, diferentes empresas adaptan la teoría de los materiales piezoeléctricos para incorporarla en sus procesos de producción, generando con ello, productos y servicios de mayor calidad REFERENCIAS [1] https://es.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricidad [2] https://www.nisenet.org/sites/default/files/catalog/uploads/spanish/12194/electricsqueeze_imag es_13nov13_sp.pdf [3] https://industriasgsl.com/blogs/automatizacion/materiales-piezoelectricos
