Una cerámica podría sustituir componentes electrónicos de plomo

Una cerámica podría sustituir componentes electrónicos de plomo, de acuerdo desarrollo realizado en el Instituto Weizmann de Ciencias, de Israel.

La cerámica del Instituto Weizmann, aplicada a la tecnología, podría sustituir los componentes electrónicos a base de plomo.

En un primer momento, la cerámica producida en el laboratorio del profesor Igor Lubomirsky en el Instituto Weizmann de Ciencias parecía una novedad demasiado buena para ser verdad.

Pertenece a una clase de materiales que son la columna vertebral de muchas tecnologías esenciales pero que, desgraciadamente, también crean un problema medioambiental porque suelen contener plomo, que es muy tóxico.

Lo sorprendente de la cerámica Weizmann fue que podía funcionar tan bien como otros materiales de esta categoría y, al mismo tiempo, no ser tóxica.

El nuevo material pertenece a una clase de sustancias que se deforman cuando se exponen a un campo eléctrico, sufriendo tensiones y tensiones que se aprovechan ampliamente en una serie de dispositivos para producir movimientos diminutos y precisos.

Una cerámica podría sustituir componentes electrónicos de plomo

Para los teléfonos móviles, por ejemplo, la ligera deformación inducida por el voltaje puede desencadenar el proceso de carga o mover la lente para crear el enfoque automático. En las impresoras de inyección de tinta industriales, una placa se dobla cuando se aplica voltaje, expulsando una cantidad controlada de tinta.

En la actualidad, los materiales que sufren tales deformaciones (se los conoce como electroestrictores o piezoeléctricos, según el mecanismo subyacente) son una fuente importante de contaminación por plomo.

Debido a que los componentes electroestrictivos y piezoeléctricos tienden a ser demasiado pequeños para ser reciclados, toneladas de plomo terminan regularmente en los vertederos.

Aunque el plomo se ha eliminado progresivamente de la mayoría de las demás aplicaciones en el mundo occidental, estos materiales son tan indispensables que su uso sigue estando permitido.

Los materiales piezoeléctricos, por ejemplo, constituyen un mercado global anual de más de 20 mil millones de dólares. Los intentos anteriores de científicos de todo el mundo de producir materiales electroestrictivos o piezoeléctricos sin plomo han tenido sólo un éxito marginal: algunos son demasiado reactivos químicamente, otros demasiado difíciles de fabricar.

• Cerio y circonio

Por el contrario, la sustancia Weizmann (óxido de cerio mezclado con aproximadamente un diez por ciento de óxido de circonio) es inerte y sencilla de fabricar.

Pero quizás su principal ventaja potencial es que, en comparación con los materiales actualmente en uso, puede producir la misma deformación y al mismo tiempo tener una constante dieléctrica mucho más baja, lo que significa que almacena menos carga eléctrica, es decir, requiere menos energía para realizar el mismo trabajo. 

Además, los materiales de origen de la nueva cerámica son baratos y fácilmente disponibles. Tanto el cerio como el circonio son relativamente abundantes en la corteza terrestre y se extraen en todo el planeta para una variedad de aplicaciones industriales.

El óxido de cerio, por ejemplo, se utiliza comúnmente en forma de polvo para pulir lentes y como catalizador en convertidores catalíticos, dispositivos que reducen las emisiones nocivas en los automóviles.

Por lo tanto, la cerámica Weizmann podría ofrecer una alternativa atractiva y respetuosa con el medio ambiente a los materiales electroestrictivos o piezoeléctricos existentes.

Pero cuando, hace más de una década, Lubomirsky inició la investigación que conduciría a su descubrimiento, las aplicaciones prácticas estaban lejos de su mente.

Su equipo había descubierto que, en determinadas circunstancias, las propiedades mecánicas del óxido de cerio (en forma pura y mezclado con impurezas) no encajaban en el cuadro clásico.

El efecto electroestrictivo fue aproximadamente 100 veces más fuerte de lo esperado según la teoría predominante; todavía demasiado pequeño para ser de uso práctico, pero intrigante. El equipo continuó explorándolo.

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