逆壓電效應(yīng)原理

如果對(duì)壓電材料施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，即電能與機(jī)械能之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，稱為逆壓電效應(yīng)。如果壓力是一種高頻震動(dòng)，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí)，則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)（機(jī)械振動(dòng)），這就是我們平常所說的超聲波信號(hào) 。

逆壓電效應(yīng)是指對(duì)晶體施加交變電場(chǎng)引起晶體機(jī)械變形的現(xiàn)象。用逆壓電效應(yīng)制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式，如圖1。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這5種狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。

壓電材料可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電場(chǎng)，也可以因電場(chǎng)作用產(chǎn)生機(jī)械變形，這種固有的機(jī)-電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，壓電材料已被用來制作智能結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)除具有自承載能力外，還具有自診斷性、自適應(yīng)性和自修復(fù)性等功能，在未來的飛行器設(shè)計(jì)中占有重要的地位。

1880年皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟發(fā)現(xiàn)電氣石具有壓電效應(yīng)。1881年，他們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆壓電效應(yīng)，并得出了正逆壓電常數(shù)。1984年，德國物理學(xué)家沃德馬·沃伊特（德語：Woldemar Voigt），推論出只有無對(duì)稱中心的20中點(diǎn)群的晶體才可能具有壓電效應(yīng)。

壓電效應(yīng)（英語：Piezoelectricity），是電介質(zhì)材料中一種機(jī)械能與電能互換的現(xiàn)象。壓電效應(yīng)有兩種，正壓電效應(yīng)及逆壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)在聲音的產(chǎn)生和偵測(cè)，高電壓的生成，電頻生成，微量天平（英語：microbalance），和光學(xué)器件的超細(xì)聚焦有著重要的運(yùn)用。

1880年皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟發(fā)現(xiàn)電氣石具有壓電效應(yīng)。1881年，他們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆壓電效應(yīng)，并得出了正逆壓電常數(shù)。1910年，德國物理學(xué)家沃德馬·沃伊特發(fā)表著作《晶體物理學(xué)教科書》（Lehrbuch der Kristallphysik，Textbook on Crystal Physics）。這本書描述了20種能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的自然晶體，并且用張量分析來嚴(yán)格定義壓電常數(shù)。

壓電體受到外機(jī)械力作用而發(fā)生電極化，并導(dǎo)致壓電體兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，其電荷密度與外機(jī)械力成正比，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng). 壓電體受到外電場(chǎng)作用而發(fā)生形變，其形變量與外電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng). 具有正壓電效應(yīng)的固體，也必定具有逆壓電效應(yīng)，反之亦然. 正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)總稱為壓電效應(yīng).晶體是否具有壓電效應(yīng)，是由晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性所決定的.