Materiales Piezoeléctricos
El efecto piezoeléctrico describe la relación entre una tensión mecánica y un voltaje eléctrico en materiales sólidos. Es la capacidad de algunos materiales minerales, cerámica y algunos polímeros – de producir una carga eléctrica en respuesta a un esfuerzo mecánico aplicado. También puede producirse el efecto contrario , que los materiales piezoeléctricos se deforman al estar expuestos a un campo eléctrico.
En el efecto piezoeléctrico directo, la compresión y la expansión del material crea cargas eléctricas opuestas las cargas correspondientes de la muestra. El efecto de piezoeléctrico inverso aplica un voltaje al material piezoeléctrico que genera una cierta deformación. Este efecto se conoce hace más de un siglo y viene siendo usado desde hace décadas en aplicaciones diversas , y a diario como en calentadores, hornos, mecheros , etc .
La piezoelectricidad fue descubierto en 1880 por jacques y Pierre Curie. Los hermanos Curie descubrieron que cuando se aplica la tensión en ciertos cristales como la turmalina, cuarzo, topacio y la sal de rochelle, aparece una carga eléctrica, y la tensión es proporcional a la tensión. De los materiales mencionados, sólo el cuarzo se utiliza en la actualidad para la venta.
Todos los demás cristales piezoeléctricos importantes desde el punto de vista práctico se obtienen artificialmente.
Estos materiales tienen tienen como propiedad la piezoeléctrico luego de que son objeto de polarización artificial. La cerámica piezoeléctrico mas comúnmente usada se se denomina titanato zirconato de plomo (PZT). Su composición química es un pbx (TiZr)1-xO3. Una de las composiciones polímeras piezoeléctricas más desarrolladas es el poli (fluoruro de vinilideno) (PVDF). Los materiales piezocerámicos tienen la propiedad de ser firmes y se vuelven suaves, por lo que facilita el proceso de conexión mecánica con la estructura. En cambio, los piezopolímeros están dados a su flexibilidad y además son fáciles de elaborar. La forma más común de uso es como sensores de contacto y sensores acústicos en forma de lámina delgada.
con la atenuación de las vibraciones y la detección de impactos (como en los airbags, donde el material determina la intensidad del choque y envía una señal eléctrica que activa los airbags).Uno de los ejemplos interesantes de sensores piezoeléctricos de distribución permanente es
en el caso de la pintura, piezoeléctricos o pintura inteligente . Este tipo de pintura puede producirse haciendo una mezcla de epoxi con aglomerante. La mezcla se aplica sobre la superficie se cura y polariza temperatura ambiente. La película de pintura en consecuencia actúa como un sensor de vibración y a nivel acústico de ruido para que toda la superficie.
La primera aplicación que se ha obtenido a partir de material piezoeléctrico, tuvo lugar durante la de la Primera Guerra Mundial. En 1917, P. Langevin y otros colegas comenzaron a mejorar sensores ultrasónicos de submarinos. desarrollo todos tipo de dispositivos piezoeléctricos. Sin embargo, los materiales que estaban disponibles en aquel tiempo, con frecuencia no eran optimos , y limitaron mucho su avance y su uso comercial.
Trabajos aislados dedicados a investigar la mejora de los materiales de condensadores, encontraron que algunos de los materiales cerámicos (preparados por sinterizado de polvos de óxido metálico) mostraban la constante dieléctrica hasta 100 veces mayor que los crystales ordinarios.
Además, este mismo tipo de materiales (llamados ferroeléctricos) fueron producidos de mejor forma mejorando sus propiedades piezoeléctricas. El descubrimiento de la facilidad de fabricación de las cerámicas piezoeléctricas con propiedades de rendimiento optimo , provocaron el resurgimiento de la investigación y el desarrollo de los dispositivos piezoeléctricos.
El desarrollo de los materiales y dispositivos piezoeléctricos rapidamente prolifero por todo el mundo, pero fue claramente dominado por los grupos industriales de los EE.UU con mayor poder adqusitivo , que se aseguraron el liderazgo mediante el registro de patentes muy fuertes.
Cabe señalar que durante este resurgimiento, especialmente en USA., el desarrollo de materiales y dispositivos se llevó a cabo bajo una política de elevada discreción .
En contraste con el “secreto político” practicado entre los fabricantes de Estados Unidos, varias compañías y universidades de Japón formaron en 1951 una asociación llamada Barium Titanate Application Research Committe. Esta agrupación estableció un precedente de
organización para superar con éxito no sólo desafíos técnicos y obstáculos de manufactura , sino también la definición de nuevas áreas de negocio para este tipo de materias. A partir de 1965, las empresas japonesas comenzaron a obtener los primeros beneficios del
constante trabajo que realizaron desarrollando estos nuevos materiales y aplicaciones iniciado en 1951.
Desde una perspectiva mundial , Japón pasó a liderar del área , desarrollando nuevos conocimientos, nuevas aplicaciones, nuevos procesos y nuevas áreas de negocios.
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