Прямий і зворотний пьезоеффект, його використання в науці і техніці
1. П'єзоелектричний ефект.
У деяких кристалах поляризація може виникнути і без зовнішнього поля, якщо кристал піддається механічних деформацій. Це явище, відкрите в 1880 р. П'єром і Жаком Кюрі, одержало назву п'єзоелектричного ефекту. p> Щоб виявити п'єзоелектричні заряди, на межі кристалічної пластинки накладають металеві обкладки. При розімкнутих обкладках між ними при деформації з'являється різницю потенціалів. При замкнутих обкладках на них утворюються індуковані заряди, рівні по величині поляризаційним зарядам, але протилежні їм за знаком, і в ланцюзі, що з'єднує обкладки, в процесі деформації виникає струм. Розглянемо основні особливості п'єзоелектричного ефекту на прикладі кварцу. Кристали кварцу SiO2 існують в різних кристалографічних модифікаціях. Цікавлять нас кристали (a-кварц) належать до так званої трігональной кристалографічної системі і зазвичай мають форму, показану на рис.1. Вони нагадують шестигранну призму, обмежену двома пірамідами, проте мають ще ряд додаткових граней. Такі кристали характеризуються чотирма кристалічними осями, визначальними важливі напрямки всередині кристалу.
Одна з цих осей - Z з'єднує вершини пірамід. Три інші X1, Х2, Х3 перпендикулярні до осі Z і з'єднують протилежні ребра шестигранної призми. Напрямок, яке визначається віссю Z, п'єзоелектричних неактивно: при стисканні або розтягуванні по цьому напрямку ніякої поляризації не відбувається. Навпаки, при стисненні або розтягуванні в будь-якому напрямку, перпендикулярному до осі Z, виникає електрична поляризація. Вісь Z називається оптичної віссю кристала, а осі X1, Х2, Х3 - електричними або п'єзоелектричними осями.
Розглянемо платівку кварцу, вирізану перпендикулярно до однієї з п'єзоелектричних осей X. Вісь, перпендикулярну до Z і X, позначимо через Y (рис. 2). Тоді виявляється, що при розтягуванні платівки вздовж осі Х на перпендикулярних до неї гранях АВСD і ЕFGН з'являються різнойменні поляризаційні заряди. Такий п'єзоелектричний ефект називається поздовжнім. Якщо змінити знак деформації, тобто перейти від розтягування до стиснення, то і знаки поляризаційних зарядів зміняться на зворотні.
В
Рис. 1. Кристал кварцу. p> Виникнення поляризаційних зарядів певних знаків при даному типі деформації (Розтягнення або відповідно стиснення) показує, що кінці осей Х нерівноправні, і осях Х можна приписати певні напрями (що зазначено на рис. 1 стрілками). Це означає, що при даній деформації знак заряду залежить від того, чи спрямована вісь Х по зовнішньої нормалі до грані або по внутрішній. Такі осі з нерівноправними кінцями дістали назву полярних осей. На відміну від полярних осей Х1, Х2, Х3, кінці осі Z зовсім рівноправні і вона є неполярной віссю.
Рис. 2. Кварцова платівка, вирізана перпендикулярно до п'єзоелектричної осі. p> Нерівноправність ...
