电致伸缩效应

电介质在电场中发生弹性形变的现象

电致伸缩效应是指电介质在电场中发生弹性形变的现象。这种现象可说明如下：电介质置于电场中时，它的分子发生极化，沿着电场方向，一个分子的正极与另一个分子的负极衔接。由于正负极相互吸引，使整个电介质在这个方向上发生收缩，直到其内部的弹性力与电引力平衡为止。如在一电介质物体两端表面间加上交变电压，而且其频率与物体的固有频率相同，它将发生机械共振。电致伸缩在工程技术上有很多应用，如利用压电石英制成石英钟、产生超声波等。

原理

电介质在外电场Eα(α=x、y、z)作用下会出现与电场的二次项EαEβ成比例的应变，这种效应称为电致伸缩。描述电致伸缩的自变量可以是电场，也可以是极化强度Pα；响应量可以是应变，也可以是应力。当以极化强度为自变量时，响应量比例于二次项PαPβ。对于非铁电性电介质，Pα与Eα有线性关系，这种自变量描述方法之间的联系十分简单。对于铁电性电介质，由于Pα和Eα之间出现电滞回线关系，响应只比例于极化强度的二次项，而与电场强度之间出现蝶形回线关系。

电致伸缩效应不同于逆压电效应；后者是一次项的线性响应效应，只可能出现于无对称中心的固体电介质中。压电常数是一个三阶张量；描述各向异性电介质电致伸缩效应的物性参数则是一个四阶张量。在非压电性电介质中只出现电致伸缩效应；在压电体中压电效应和电致伸缩效应同时出现。

应用

任何电介质都有电致伸缩效应。由于电致伸缩效应一般比较微弱，长期以来未能在应用上引起重视。70年代末发现高介电常数材料以及铁电材料在略高于Curie点附近具有特别大的电致伸缩应变。它们都属于钙钛矿型结构的弥散相变铁电体，例如铌镁酸铅和钛酸铅固溶体。当外电场为10kV/cm时，电致伸缩应变可达10-5，与优良的压电体所能提供的压电应变在数量级上相同。由于电致伸缩材料的重复性好、响应时间快、温度稳定性和经时稳定性好，特别适用于制作精密的微小位移调制器。

在工程技术上应用压电晶体的电致伸缩效应可制成：①石英钟以及稳定性高的变频振荡器和选择性好的滤波器等。② 电话耳机、压电音叉(把电的振荡还原为晶体的机械振动，通过金属薄片发出声音)。③超声波发生器。将压电晶体片放在平行板电极间，在电极间加上频率与晶体的固有频率相同的交换电压使晶片产生强烈振动而发出超声波。④压电厚度计和压电流量计。利用压电晶体产生的超声波测定物体的厚度和流体的流量。沿液体流动方向设置两个保持一定间隔的超声波换能器，一个发送信号，另一个接收信号，每隔1/100秒两者收发作用互换。因超声波在顺流和逆流情况下发送和接收时会出现与流速成比例的位相差，故只要指示出位相差即可测出流速和相应的流量。

电致伸缩陶瓷

电场作用下，由伸缩形变效应而发生微小形状或尺寸变化的陶瓷。主要有铌镁酸铅(PMN)、铌镁酸铅—钛酸铅 (PMN-PT)、锆钛酸铅镧 (PLZT)、锆钛酸铅钡(Ba-PZT)等。具有分辨率高、稳定性好、精度高、速度快等优点。电致应变量与电极化强化的平方成正比，电致伸缩频率为外加交变电场频率的两倍。电致应变量可达10-3数量级。不因电畴退极化引起老化现象。用于制作微位移驱动器、定位器，制造微动、定位的精密驱动、转换元件，在高技术领域用途广泛。

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