4.2 El efecto piezoeléctrico.
Materiales como el BaOTiO2 exhiben cambios de dimensiones cuando de aplica un campo eléctrico externo. Ese efecto es conocido como Electroestricción y es debida a la fuerte polarización que sobre el material ejerce el campo externo. Otra propiedad que muestran es la Piezoelectricidad. Si es sometido a presiones o tensiones elásticas cambiarán sus dimensiones, el momento dipolar total, y por tanto variará la tensión eléctrica de salida. Así tenemos explicado el funcionamiento de los transductores piezoeléctricos y convertidores de ondas acústicas o mecánicas a eléctricas.
¿Que factor microestructural permite a ciertos materiales cerámicos mostrar esas propiedades de interés electrónico? Dichos efectos, al igual que el ferroeléctrico, son indicativos de materiales con intensa capacidad para polarizarse, muy alto valor de er, 2.000 - 50.000, y una relación no lineal entre la constante dieléctrica y el campo eléctrico.
La polarización intensa es posible porque cambia la longitud de los enlaces, no existe centro de simetría en la celda unidad o se produce una distorsión debida a la orientación de los dipolos permanentes. En la práctica, se produce por las tres causas anteriores.
Fijémonos en la estructura cristalina del titanato de bario, figura 9.15. Se trata de una celda unidad c.c.c. con ocupación del hueco octaédrico interior por parte del Ti⁴⁺. Los iones Ba²⁺ y O^2- se posicionan en los vértices y centros de cara: estructura perovskita. A temperatura ambiente, la celda cristalina pertenece al sistema tetragonal, distorsionado por la relación entre distancias y cargas iónicas, lo que hace que la celda unidad se comporte como un dipolo permanente, cumpliéndose que la celda no posee un centro de simetría.

Figura 9.15. Celda cristalina del BaTiO3.

Variaciones en el campo eléctrico aplicado sobre el material producen cambios en las distancias interatómicas, cambian las dimensiones como consecuencia de los cambio en el momento dipolar. Por otra parte, la aplicación de una presión exterior, modifica las distancias interatómicas, con lo que se registran cambios en la polarización del material que implican la salida de una señal eléctrica. Tal se aprecia en la figura 9.16. Puede cuantificarse simplificadamente el comportamiento piezoeléctrico con las ecuaciones:

E = g P (9.9)
l = d E (9.10)

en las que E es la intensidad de campo eléctrico (V/m), P la presión (Pa), l el alargamiento unitario o deformación elástica, g y d dos constantes de proporcionalidad características de cada material, ligadas al módulo de elasticidad E por la relación E = 1/gd. Las constantes g y d determinan la sensibilidad del dieléctrico.

Figura 9.16. Cerámica piezoeléctrica: a) en reposo, b) efecto piezoeléctrico y c) efecto electroestrictivo.

El efecto piezoeléctrico consiste en producir una tensión eléctrica cuando el material es sometido a presiones o esfuerzos elásticos. El efecto electroestrictivo se da cuando el campo eléctrico impuesto produce cambios dimensionales.
Dichos efectos tienen lugar debido a la estructura cristalina, cuya celda unidad forma un dipolo en virtud de su asimetría de centros de carga, y un alto valor de la constante dieléctrica, producto de una gran capacidad para polarizarse.
El efecto piezoeléctrico y electroestrictivo son la base física para el diseño y construcción de dispositivos sensores de presión, fuerza, volumen, peso, sonido, etc., con los materiales que lo presentan.