Пьезоэлектрики
Пьезоэле́ктрики, вещества, в которых: а) при упругих деформациях (напряжениях) возникает электрическая поляризация даже в отсутствие электрического поля (прямой пьезоэффект); б) под действием электрического поля возникают механические деформации (обратный пьезоэффект). В обоих эффектах существует линейная связь между механическими (деформацией, напряжением ) и электрическими (поляризацией, напряжённостью электрического поля , электрической индукцией ) величинами. Впервые исследование пьезоэффекта было проведено Пьером и Жаком Кюри в 1880 г. на кристалле кварца.
Пьезоэффекты наблюдаются только в кристаллах, не имеющих центра симметрии. Наличие других элементов симметрии (осей, плоскостей симметрии) может запрещать появление поляризации в некоторых направлениях, т. е. также ограничивать число пьезоэлектрических кристаллов. Количественной характеристикой пьезоэффектов в кристалле является совокупность пьезоконстант (пьезомодулей) – коэффициентов пропорциональностей между электрическими и механическими величинами. При этом одна электрическая величина (например, ) зависит от другой электрической величины (например, ) и от механической величины ( или ). Например, поляризация, возникающая в пьезоэлектриках под действием деформации, определяется выражением ; полная поляризация с учётом электрического поля напряжённостью выражается соотношением , где
– диэлектрическая восприимчивость при постоянной деформации. Поскольку механические деформации можно представить как совокупность 6 независимых величин (сжатия и растяжения вдоль трёх осей и сдвигов в плоскостях, перпендикулярных осям), а вектор имеет 3 компоненты, то в наименее симметричных кристаллах может быть 18 различных независимых . Симметрия кристалла ограничивает их число: например, кристалл, группа симметрии которого , имеет только одну независимую . Величины сильно различаются для кристаллов различных типов: для ионных кристаллов – 2–5 пКл/Н, для сегнетоэлектриков – до 600 пКл/Н.
Пьезоэлектрики используют в качестве электроакустических и электромеханических преобразователей в УЗ-технике. Они являются основными материалами акустоэлектроники.