電致伸縮效應是指電介質在電場中發生彈性形變的現象。是壓電現象的逆效應。 這種現象可說明如下： 電介質置於電場中時，它的 分子發生極化，沿著電場方向，一個分子的正極與 另一個分子的負極銜接。由於正負極相互吸引，使 整個電介質在這個方向上發生收縮，直到其內部的 彈性力與電引力平衡為止。如在一電介質物體兩端 表面間加上交變電壓，而且其頻率與物體的固有頻 率相同，它將發生機械共振。電致伸縮在工程技術上有很多套用，如利用壓電石英製成石英鐘、產生超音波等。
基本介紹
- 中文名：電致伸縮效應
- 外文名：electrostriction
- 學科：材料科學
- 定義：壓電現象的逆效應
- 套用：製成石英鐘、產生 超音波等
- 作用：使電介質晶體發生機械形變
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原理
電介質在外電場Eα(α=x、y、z)作用下會出現與電場的二次項EαEβ成比例的應變，這種效應稱為電致伸縮。 描述電致伸縮的自變數可以是電場，也可以是極化強度Pα；回響量可以是應變，也可以是應力。當以極化強度為自變數時，回響量比例於二次項PαPβ。對於非鐵電性電介質，Pα與Eα有線性關係，這種自變數描述方法之間的聯繫十分簡單。對於鐵電性電介質，由於Pα和Eα之間出現電滯回線關係，回響只比例於極化強度的二次項，而與電場強度之間出現蝶形回線關係。
電致伸縮效應不同於逆壓電效應； 後者是一次項的線性回響效應，只可能出現於無對稱中心的固體電介質中。壓電常數是一個三階張量； 描述各向異性電介質電致伸縮效應的物性參數則是一個四階張量。在非壓電性電介質中只出現電致伸縮效應； 在壓電體中壓電效應和電致伸縮效應同時出現。
套用
任何電介質都有電致伸縮效應。由於電致伸縮效應一般比較微弱，長期以來未能在套用上引起重視。70年代末發現高介電常數材料以及鐵電材料在略高於Curie點附近具有特別大的電致伸縮應變。它們都屬於鈣鈦礦型結構的彌散相變鐵電體，例如鈮鎂酸鉛和鈦酸鉛固溶體。當外電場為10kV/cm時，電致伸縮應變可達10-5，與優良的壓電體所能提供的壓電應變在數量級上相同。由於電致伸縮材料的重複性好、回響時間快、溫度穩定性和經時穩定性好，特別適用於製作精密的微小位移調製器。
在工程技術上套用壓電晶 體的電致伸縮效應可製成：①石英鐘以及穩定 性高的變頻振盪器和選擇性好的濾波器等。② 電話耳機、壓電音叉(把電的振盪還原為晶體的 機械振動，通過金屬薄片發出聲音)。③超音波 發生器。將壓電晶體片放在平行板電極間，在 電極間加上頻率與晶體的固有頻率相同的交換 電壓使晶片產生強烈振動而發出超音波。④壓 電厚度計和壓電流量計。利用壓電晶體產生的超音波測定物體的厚度和流體的流量。壓電流 量計的原理結構如圖所示。沿液體流動方向設 置兩個保持一定間隔的超音波換能器，一個發 送信號，另一個接收信號，每隔1/100秒兩者收 發作用互換。因超音波在順流和逆流情況下發 送和接收時會出現與流速成比例的位相差，故 只要指示出位相差即可測出流速和相應的流 量。
電致伸縮陶瓷
電場作用下，由伸縮形變效應而 發生微小形狀或尺寸變化的陶瓷。主 要有鈮鎂酸鉛(PMN)、鈮鎂酸鉛—鈦 酸鉛 (PMN-PT)、鋯鈦酸鉛鑭 (PLZT)、鋯鈦酸鉛鋇(Ba-PZT)等。 具有解析度高、穩定性好、精度高、速 度快等優點。電致應變數與電極化強 化的平方成正比，電致伸縮頻率為外 加交變電場頻率的兩倍。電致應變數 可達10-3數量級。不因電疇退極化引 起老化現象。用於製作微位移驅動器、 定位器，製造微動、定位的精密驅動、 轉換元件，在高技術領域用途廣泛。
