Electricidad y Electrónica

y el frente transparente conductor de ITO, ambos cuerpos se atraen, y el disco
perforado, que es muy delgado y flexible, se arquea, hace converger la luz, que re-
bota en el espejo plano de enfrente, y sale por el pequeño agujero; entonces, de
frente, se ve luz; aparece un punto luminoso en la pantalla, que será blanco si es
monocromática, o de color, si los pixeles están provistos de filtros coloreados. 
Parece increíble que una tensión pequeña pueda curvar, sólo por la fuerza elec-
trostática, un espejo metálico. Pero se trata de un metal muy delgado, y de una
distancia muy pequeña. De hecho, con la electricidad estática generada por un
peine frotado contra el pelo o la ropa, podemos curvar una lámina de papel de
aluminio del que se usa en la cocina, a pesar de que es cincuenta veces más grueso
que el de un pixel telescópico.
Materiales piezoeléctricos y electrostrictivos 
Desde el siglo XIX se conoce la propiedad del cuarzo, y de otros materiales, de
producir electricidad cuando se los deforma, y de deformarse cuando se les apli-
ca electricidad. Ese fenómeno, mencionado en los capítulos 3, 9 y 14, fue útil para
hacer fonógrafos de púa, cuyas vibraciones al recorrer el surco del disco, generan
una señal eléctrica que se amplifica, y se convierte en sonido. Después, con  ma-
teriales cerámicos de propiedades más marcadas, se hicieron encendedores que su-
ministran una chispa eléctrica cuando se los golpea, alarmas para relojes, parlantes,
audífonos, generadores de ultrasonido para ecógrafos y para limpieza profunda, y
osciladores de cristal, que mantienen fija la frecuencia de transmisores, y dan una
base de tiempo estable para los relojes electrónicos.
En los materiales piezoeléctricos, la inversión de la polaridad de la tensión eléc-
trica aplicada, se traduce en una inversión del sentido de la deformación, y am-
bos efectos, el mecánico y el eléctrico, son aproximada-
mente proporcionales; eso significa que existe una rela-
ción lineal entre la tensión eléctrica y la deformación. El
efecto es reversible, o recíproco: la electricidad produce
deformación; y la deformación, electricidad. 
También es conocida desde hace más de un siglo la
electrostricción,
11
o acortamiento de un objeto cuando se
le aplica electricidad. La electrostricción a diferencia de
la piezoelectricidad, no es reversible; esto es, el acorta-
2 2 5
N u e v o s   m a t e r i a l e s   y   s u s   a p l i c a c i o n e s
Imagen obtenida con
un  microscopio  de
efecto túnel. Con un
material  piezoeléc-
trico alimentado con
una pequeña tensión
variable,  se  mueve
una  púa  finamente
afilada químicamen -
te,  que  recorre  dis-
tancias  del  orden
atómico. Si esa punta
se  polariza  positiva-
mente, arranca elec-
trones de los átomos
de las cercanías, los
que se detectan co -
mo pequeños pulsos
de  corriente.  Esos
pulsos se amplifican,
y se grafican en una
pantalla barrida con
el mismo movimiento
que el de la púa ex-
ploradora.  Se  ob-
tiene,  así,  una  ima-
gen de la distribución
de los átomos en un
material. No sólo eso;
es  posible,  también,
al  elevar  la  tensión,
arrancar  átomos  in-
dividuales de un sitio,
y  ponerlos  en  otro;
así  escribieron,  en
1989, el acrónimo de
la International Busi-
ness Machines, con
átomos de xenón, so -
bre un cristal de ní-
quel.
(El efecto túnel es el
fenómeno  cuántico
por el que una partí-
cula  puede  saltar
una  barrera  de  po-
tencial mayor que su
energía cinética).
l
Deformación 
Tensión 
eléctrica 
l
Representación cualita-
tiva de la electrostricción,
en rojo, y la piezoelectrici-
dad, en azul.
11
Antes de la electrostricción se conoció la magnetostricción, fenómeno por el cual el hierro, y otros materiales, se acortan
cuando se los somete a un campo magnético. Estricción significa acortamiento. De la misma raíz latina es la palabra
estricto: estrecho, ceñido, ajustado. 
Cap 18:Maquetación 1  06/10/2010  03:46 a.m.  Página 225

---

miento o el alargamiento que se induzca por medios mecánicos, no produce elec-
tricidad. El acortamiento se produce con cualquiera de las polaridades de la tensión
aplicada; y hasta unos 300 V/mm, el acortamiento varía de manera casi cuadrática
con la tensión aplicada.
La piezoelectricidad es un fenómeno típico de cristales de determinada clase
de simetría,
12
en los que la deformación origina una distribución de cargas eléc-
tricas que dan lugar a dipolos.
13
Los cristales cúbicos, como los de cloruro de sodio, tienen un centro de simetría
entre caras iguales paralelas, y por eso no presentan piezoelectricidad.
La explicación de la electrostricción es semejante a la
de la magnetostricción, y se basa en la orientación de los
dipolos del material, bajo la acción de un campo exterior.
Con los dipolos orientados, aparecen esfuerzos internos
de tracción, que acortan el cuerpo, cualquiera sea la po-
laridad del campo externo al que se lo someta.
La magnitud del efecto es pequeña en los materiales
conocidos, pero aun así útil para muchas aplicaciones.
En algunos materiales cerámicos de elevada permitivi-
dad dieléctrica, empleados en la fabricación de capaci-
tores, un campo eléctrico de 500 volt por milímetro,
puede producir una contracción de más de cinco partes
por diez mil, y si el material se mantiene fijo de modo
que no se pueda contraer, se generan tensiones mecánicas que acumulan una ener-
gía potencial elástica de hasta medio joule por cada kilogramo. 
Polímeros
14
electroactivos
Al igual que todos los dieléctricos, especialmente los de elevada permitividad,
E l e c t r i c i d a d   y   e l e c t r ó n i c a
226
Muñeco  de  goma  e-
lectroactiva, que cam-
bia su expresión facial,
construido en el Cen-
tro de Materiales Com-
puestos  del  Instituto
Harbin de Tecnología,
en  China,  como  de-
mostración  curiosa
de  las  propiedades
de  los  elastómeros
que desarrollan.
l
El Imperial College, en
Londres, estudia la po-
sibilidad de dotar a los
barcos  de  elementos
electroactivos  en  la
parte  exterior  de  los
cascos. Detectarían la
turbulencia,  y  actua-
rían en consecuencia
para  disminuirla,  co-
mo  lo  hacen  ciertos
animales  acuáticos,
que se desplazan con
un  mínimo  gasto  de
energía.
l
 
l
Explicación elemental de la piezoelectricidad. A la
izquierda, una celda del cristal sin deformar, con los
tres dipolos simétricamente equilibrados. Al medio,
deformada; los dipolos se desequilibran. A la derecha,
el dipolo equivalente; aparece una tensión eléctrica
en el cristal.
 
12
De acuerdo con su simetría, los cristales se clasifican en 32 clases, de las cuales hay 21 que no tienen centro de simetría
entre caras paralelas e iguales; y todos ellos, menos uno, exhiben piezoelectricidad.
13
Un dipolo eléctrico es un conjunto de dos cargas de la misma magnitud, pero de polaridad opuesta, situadas a pequeña
distancia una de la otra (los capítulos 7 y 9 mencionan los dipolos magnéticos).
14
Para la descripción general de los polímeros, véase el capítulo 6.
Transductores piezoe-
léctricos para producir
ultrasonido, con fines
de  pulverización, y de
lavado profundo.
l
Cap 18:Maquetación 1  06/10/2010  03:46 a.m.  Página 226

---