1、什么是压电效应?
从宏观角度来看,压电效应是压电材料的一种独有特性,在机械应力作用下材料中产生电极化强度的变化。这种与应力相关的极化强度变化,具体表现为整个材料会产生可测量的电势差,称之为正压电效应。
压电效应通常有一个重要特征,即,此过程是可逆的。当这些材料在受到电场作用时,会产生变形,称之为逆压电效应。
2、为什么会存在压电效应?
一般情况下,其晶体中每个晶胞的净电荷均为零,但当晶胞中的钛离子略微偏离中心时,就会产生电极性,使晶胞转化为电偶极子。当机械应力作用在晶体上时,钛离子的位置进一步发生变化,进而改变晶体的极化强度,产生正压电效应;反过来,当对晶体施加电场时,钛离子的位置会发生相对移动,从而导致了晶胞变形,使其变得更接近(或偏离)正方体,这便是逆压电效应的成因。
3、为什么要对压电材料进行极化?
常用的锆钛酸铅(lead zirconate titanate,简称 PZT)等人工材料需经过极化过程才能表现出压电特性。这是因为,在晶胞构成的宏观晶体结构中,固有偶极子的取向原本是毫无规律的,在这种情况下,在材料中创造一个使多数偶极子大致朝向同一方向的初始状态就尤为重要了,这样的初始状态可以通过对材料进行极化处理实现。偶极子共同朝向的方向便称为极化方向。
4、压电效应有什么应用?
压电材料被广泛应用于紧凑型执行器和传感器等设备,即通称的MEMS器件,例如,振荡器、换能器、微型直线电机、滤波器等,以及测力和压力传感器、加速度计和陀螺仪、能量收集器,等等。