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Algunos cristales cambian su dureza con solo girarlos

Algunos cristales cambian su dureza con solo girarlos

Parece sorprendente, pero ciertos materiales se vuelven más duros cuando los giras. Combinando propiedades de algunos cristales, investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) han descubierto que los materiales polares pueden hacerse más o menos resistentes a las hendiduras cuando se ponen al revés o se les aplica un voltaje que invierte su polarización, todo un avance en el campo de los materiales mecánicos inteligentes.

Algunos cristales cambian su dureza con solo girarlos

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El Grupo de Nanofísica de Óxidos del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), liderado por el profesor ICREA Gustau Catalán, ha publicado recientemente en Advanced Materials los últimos descubrimientos de su línea de investigación sobre flexoelectricidad, una propiedad que permite generar energía eléctrica doblando un material, o al revés, hacer que este se doble aplicando un voltaje.

La estudiante de doctorado Kumara Cordero-Edwards es la primera autora de un nuevo trabajo, realizado en colaboración con investigadores de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y destacado en el frontispicio del último número de la revista, donde muestra cómo la resistencia a hendiduras de los cristales polares puede ser manipulada de tal manera que sea más fácil o más difícil dejar una marca desde una dirección determinada.

Esto sucede porque, en estos materiales (llamados piezoeléctricos), las hendiduras generan electricidad. Parte de la polarización eléctrica se debe a la deformación, fenómeno conocido como piezoelectricidad. Pero también se genera electricidad debido al gradiente de deformación, a la flexoelectricidad. Si las dos polarizaciones (piezoeléctrica y flexoeléctrica) son paralelas, la polarización total será muy fuerte.

Eso conlleva un mayor coste energético, y por tanto, más dificultad para dejar una marca. Pero si damos la vuelta al material, el eje piezoeléctrico (y por tanto el signo de la polarización) se opondrá al efecto flexoeléctrico, haciendo que la polarización total sea más débil. Por lo tanto, hacer una muesca en el material será más fácil.

Además, las conclusiones de los investigadores del ICN2 no acaban aquí. En el caso de un subconjunto particular de materiales piezoeléctricos, los ferroeléctricos, ni siquiera es necesario girar físicamente el material al revés. Es posible conseguir el mismo efecto simplemente aplicando un voltaje externo para invertir su eje polar.

Estos efectos se observaron no sólo para las hendiduras o perforaciones fuertes, sino también para las presiones no destructivas más suaves realizadas por la punta de un microscopio de fuerza atómica.

Aparte de las aplicaciones potenciales en revestimientos inteligentes con resistencia selectiva, estos efectos podrían ser utilizados en el futuro como método para leer memorias ferroeléctricas simplemente presionándolas.

Referencia bibliográfica:

Kumara Cordero-Edwards, Neus Domingo, Amir Abdollahi, Jordi Sort, Gustau Catalan. "Ferroelectrics as Smart Mechanical Materials". Advanced Materials, 2017. DOI: 10.1002/adma.201702210.

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