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 ${\displaystyle \sigma }$) и электрическими (поляризацией, напряжённостью электрического поля${\displaystyle {\boldsymbol {E}}}$, электрической индукцией${\displaystyle {\boldsymbol {D}}}$) величинами. Впервые исследование пьезоэффекта было проведено Пьером и Жаком Кюри в 1880 г. на кристаллекварца.

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 ${\displaystyle {e}}$ (пьезомодулей) – коэффициентов пропорциональностей между электрическими и механическими величинами. При этом одна электрическая величина (например, ${\displaystyle {\boldsymbol {P}}}$) зависит от другой электрической величины (например, ${\displaystyle {\boldsymbol {E}}}$) и от механической величины (${\displaystyle {u}}$ или ${\displaystyle \sigma }$). Например, поляризация, возникающая в пьезоэлектриках под действием деформации, определяется выражением ${\displaystyle {{\boldsymbol {P}}=eu}}$; полная поляризация с учётом электрического поля напряжённостью ${\displaystyle {\boldsymbol {E}}}$ выражается соотношением ${\displaystyle {{\boldsymbol {P}}=eu+{\chi ^{*}}E}}$, где
${\displaystyle {\chi ^{*}}}$ – диэлектрическая восприимчивостьпри 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 ${\displaystyle {\boldsymbol {P}}}$ имеет 3 компоненты, то в наименее симметричных кристаллах может быть 18 различных независимых ${\displaystyle {e}}$. Симметрия кристалла ограничивает их число: например, кристалл, группа симметрии которого ${\displaystyle {422}}$, имеет только одну независимую ${\displaystyle {e}}$. Величины ${\displaystyle {e}}$ 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.