Il fenomeno piezoelettrico è basato sulla deformazione elettrica del materiale sotto l'effetto di uno stress meccanico e viceversa, la generazione di uno stress meccanico quando il materiale viene sottoposto a un campo elettrico. Questa proprietà è possibile grazie alla presenza di cariche elettriche dipendenti dalla deformazione della struttura cristallina. Un centro di inversione è un punto all'interno di un materiale in cui il materiale ha simmetria rispetto all'inversione delle coordinate. In altre parole, se prendiamo un punto nello spazio all'interno del materiale e invertemo tutte le sue coordinate (x, y, z) in (-x, -y, -z), la struttura cristallina sembra identica alla posizione originale. Questo significa che, in un materiale con centro di inversione, tutte le cariche positive dovrebbero essere bilanciate da cariche negative a causa della simmetria, e quindi non ci sarebbero cariche elettriche nette associate a una deformazione meccanica, eliminando l'effetto piezoelettrico. Pertanto, i materiali piezoelettrici devono avere una struttura cristallina senza un centro di inversione per manifestare il fenomeno piezoelettrico. E' corretta questa spiegazione?

Esattamente. I dielettrici son materiali che polarizzano sotto un campo elettrico. I piezoelettrici sono dielettrici che, sotto la stessa condizione, si deformano. Per quest'ultimo caso e nel caso di cristalli dielettrici (gli amorfi dielettrici non sono tipicamente piezo, i metalli, che sono cristalli, non sono dielettrici e dunque non piezo), la deformazione meccanica può avvenire in ogni verso, e la polarizzazione diventerebbe una proprietà della cella unitaria del cristallo: se questa gode della simmetria molecolare di inversione, non potrà mai esserci una polarizzazione netta in una direzione in seguito a deformazione meccanica. Il motivo è semplice: la deformazione meccanica, sia essa compressione o dilatazione, non può modificare la simmetria di inversione, in quanto una deformazione meccanica comprime o dilata: giusto per fare un esempio di assurda dilatazione e guardando alla cella unitaria, é come se per ogni atomo, (x,y,z) diventasse (x,2y,z). Ciò significa che la proprietà di inversione rimane invariata (i.e. continua a valere, quel fattore 2 non cambia il centro di inversione, che sta dov'è, e la struttura rimane simmetrica sotto inversione) e le due questioni (deformazione e polarizzazione) rimangono scorrelate. Infatti, ragionando per assurdo, se vi fosse un vettore di polarizzazione della molecola, questo diverrebbe una proprietà fisica che è funzione della posizione degli atomi e ioni della stessa molecola: applicando la simmetria di inversione, questa si applicherebbe anche sul vettore di polarizzazione, che quindi per essere uguale a se stesso prima e dopo l'inversione non può che essere il vettore nullo. Un esempio di dielettrico non piezo che gode di tale simmetria è il cloruro di sodio (NaCl). Un dielettrico che è piezo è il quarzo (SiO2). La stessa questione si applica alla chimica molecolare: molecole altamente simmetriche mediante inversione (vedi metano) non hanno un dipolo (apolari) e molecole asimmetriche possono essere polari (vedi acqua) e avere un dipolo naturale. Se si potesse deformare del metano, non si creerebbe alcun dipolo, mentre deformando con compressione o dilatazione una molecola d'acqua certamente questo avrebbe implicazioni sul dipolo. Spero abbia chiarito eventuali dubbi anche se mi sembra dalla tua risposta che il concetto fosse già estremamente chiaro.