电致伸缩效应

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E_αE_β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P_α；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P_αP_β。对于非铁电性电介质，P_α与E_α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P_α和E_α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。

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。