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