Las cerámicas piezoeléctricas son la base de una tecnología ubicua y madura que se presenta en los elementos activos de una gran variedad de dispositivos de transducción electromecánica, que incluyen sensores, actuadores, sistemas inteligentes, transductores ultrasónicos o dispositivos de acústica submarina, entre otros. Las cerámicas piezoeléctricas también se están considerando para nuevas aplicaciones tales como la recolección de energía (energy harvesting) y la transducción magnetoeléctrica. En la actualidad, son los óxidos con estructura perovskita Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT), con composiciones alrededor de la denominada frontera de fase morfotrópica (morphotropic phase boundary – MPB) entre los polimorfos ferroeléctricos romboédrico y tetragonal, los que muestran el mejor rendimiento en estas aplicaciones. Aún así, presentan una serie de limitaciones que ha provocado un extenso trabajo de búsqueda de alternativas. El hecho de que el rango de temperaturas de funcionamiento de las cerámicas de PZT esté por debajo de 200ºC impide su integración en dispositivos piezoeléctricos que estén sometidos a temperaturas superiored. En nuestro grupo trabajamos en la actualidad en el desarrollo de materiales alternativos que puedan operar en entornos con condiciones extremas de altas temperaturas. El diseño químico de nuevas soluciones sólidas tipo perovskita con MPBs ferroeléctricos es parte de ese esfuerzo, buscando la subida de las temperaturas de transición (temperatura de Curie) y el control de los defectos puntuales para el fomento de propiedades específicas del material. Para cumplir esto objetivos es importante el uso la mecanoquímica en el proceso de síntesis. Más concretamente, hemos desarrollado recientemente dos cerámicas de BiScO₃-PbTiO₃ que gracias al diseño de la configuración de defectos puntuales son apropiados para su uso para la producción de alto voltajes o para sensorización precisa, con temperaturas de funcionamiento hasta 400ºC. Otro aspecto importante a tener en cuenta son las regulaciones medioambientales a nivel mundial, y en concreto la EU-Directive 2002/95/EC (RoHS) que restringe el uso de plomo  en dispositivos eléctricos y electrónicos, como sustancia peligrosa para la salud y el medio ambiente. Esto ha fomentado al búsqueda de alternativas libres de plomo a las actuales piezocerámicas comerciales basadas en PZT. Nuestro grupo, aplicando los mismos conceptos de diseño químico y aproximación a la síntesis, investiga nueva soluciones sólidas de perovskita basadas en Bi. Además, aprovechando sus instalaciones y experiencia en la caracterización eléctrica, mecánica y electromecánica, el grupo colabora regularmente con otros grupos a nivel mundial en la caracterización de los materiales libres de plomo que también ellos están desarrollando.
 

 

Otra limitación de las piezocerámicas de alta sensibilidad es su pobre rendimiento mecánico. Esto no solo limita los níveles de deformación y tensión a los que pueden ser sometidas, sino que también dificulta su mecanización, lo que puede impedir la fabricación de elementos con formas o características especiales requeridas en algunos casos concretos. Un procedimiento bien conocido para mejorar este aspecto es la reducción del tamaño de grano a la escala submicrométrica, e incluso nanométrica. El problema que surge es que en el caso de las cerámicas piezoeléctricas esto da lugar a una degradación de su funcionalidad. En nuestro grupo trabajamos en la actualidad en el desarrollo de cerámicas submicro y nanoestructuradas, con un rendimiento mecánico mejorado, pero manteniendo su completa funcionalidad. Se investigan nuevas soluciones sólidas de perovskita de tamaño de grano reducido obtenidas por métodos avanzados como spark plasma sintering.  En concreto, hemos desarrollado recientemente dos cerámicas de BiScO₃-PbTiO₃ modificados para applicaciones de respuesta de alta potencia y voltaje, diseñadas microestructuralmente para operar bajo altas tensiones. También consideramos el control microestructural a otro nivel. La texturación cerámica es un medio muy eficiente de mejorar la respuesta piezoeléctrica. Hemos demostrado la viabilidad de una nueva aproximación al crecimiento de grano orientado por plantillas (templated grain growth) usnado tecnologías cerámicas convencionales para el procesado de cerámicas de Pb(Mg_1/3Nb_2/3)-PbTiO₃ orientadas <001> con respuestas piezoeléctricas muy altas.