ПЬЕЗОЭЛЕ́КТРИКИ

ПЬЕЗОЭЛЕ́КТРИКИ, ве­ще­ст­ва, в ко­то­рых: а) при уп­ру­гих де­фор­ма­ци­ях (на­пря­же­ни­ях) воз­ни­ка­ет элек­трич. по­ля­ри­за­ция да­же в от­сут­ст­вие элек­трич. по­ля (пря­мой пье­зо­эф­фект); б) под дей­ст­ви­ем элек­трич. по­ля воз­ни­ка­ют ме­ха­нич. де­фор­ма­ции (об­рат­ный пье­зо­эф­фект). В обо­их эф­фек­тах су­ще­ст­ву­ет ли­ней­ная связь ме­ж­ду ме­ха­ни­че­ски­ми (де­фор­ма­ци­ей $u$, на­пря­же­ни­ем $σ$) и элек­три­че­ски­ми (по­ля­ри­за­ци­ей $\boldsymbol P$, на­пря­жён­но­стью элек­трич. по­ля $\boldsymbol E$, элек­трич. ин­дук­ци­ей $\boldsymbol D$) ве­ли­чи­на­ми. Пер­вое ис­сле­до­ва­ние пьезо­эф­фек­тов про­ве­де­но Ж. и П. Кю­ри в 1880 на кри­стал­ле квар­ца.

Пье­зо­эф­фек­ты на­блю­да­ют­ся толь­ко в кри­стал­лах, не имею­щих цен­тра сим­мет­рии. На­ли­чие др. эле­мен­тов сим­мет­рии (осей, плос­ко­стей сим­мет­рии) мо­жет за­пре­щать по­яв­ле­ние по­ля­ри­за­ции в не­ко­то­рых на­прав­ле­ни­ях, т. е. так­же ог­ра­ни­чи­вать чис­ло пье­зо­элек­трич. кри­стал­лов. Ко­ли­че­ст­вен­ной ха­рак­те­ри­сти­кой пье­зо­эф­фек­тов в кри­стал­ле яв­ля­ет­ся сово­куп­ность пье­зо­кон­стант $e$ (пье­зо­мо­ду­лей) – ко­эф­фи­ци­ен­тов про­пор­цио­наль­но­стей ме­ж­ду элек­трич. и ме­ха­нич. ве­ли­чи­на­ми. При этом од­на элек­трич. ве­ли­чи­на (напр., $\boldsymbol P$) за­ви­сит от др. элек­трич. ве­ли­чи­ны (напр., $\boldsymbol E$) и от ме­ха­нич. ве­ли­чи­ны ($u$ или $σ$). Напр., по­ля­ри­за­ция, воз­ни­каю­щая в П. под дей­ст­ви­ем де­фор­ма­ции, $P=eu$; пол­ная по­ля­ри­за­ция с учё­том элек­трич. по­ля на­пря­жён­но­стью $\boldsymbol E$ вы­ра­жа­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем $P=eu+χ^*E$, где $χ^*$ – ди­элек­трич. вос­при­им­чи­вость при по­сто­ян­ной де­фор­ма­ции. Т. к. ме­ха­нич. де­фор­ма­ции мож­но пред­ста­вить как со­во­куп­ность 6 не­за­ви­си­мых ве­ли­чин (сжа­тия и рас­тя­же­ния вдоль трёх осей и сдви­гов в плос­ко­стях, пер­пен­ди­ку­ляр­ных осям), а век­тор $\boldsymbol P$ име­ет 3 ком­по­нен­ты, то в наи­ме­нее сим­мет­рич­ных кри­стал­лах мо­жет быть 18 разл. не­за­ви­си­мых $e$. Сим­мет­рия кри­стал­ла ог­ра­ни­чи­ва­ет их чис­ло: напр., кри­сталл, то­чеч­ная груп­па сим­мет­рии ко­то­ро­го – 422, име­ет толь­ко од­ну не­за­ви­си­мую $e$. Ве­ли­чи­ны $e$ силь­но раз­ли­ча­ют­ся для кри­стал­лов разл. ти­пов: для ион­ных кри­стал­лов – 2–5 пКл/Н, для сег­не­то­элек­три­ков – до 600 пКл/Н.

П. ис­поль­зу­ют в ка­че­ст­ве элек­тро­аку­стич. и элек­тро­ме­ха­нич. пре­об­ра­зо­ва­те­лей в УЗ-тех­ни­ке. Они яв­ля­ют­ся осн. ма­те­риа­ла­ми аку­сто­элек­тро­ни­ки.