Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
б, т, тт2, Зт, 4тт, 6тт, 222,4, 422, 42т, 6,622, 6лі2, 32, 23, m3. Кристаллы первых 10 нлассов — пироэлектрики, т. е. обладают поляризацией в отсутствие внеш. воздействий. В этих кристаллах пьезоэффект проявляется, в частности, в изменении величины спонтанной поляризации при мехаиич. деформации. Пьезоэлектрич. свойства можио создавать в нек-рых некристаллич. диэлектриках за счёт образования в них т. н. пьезоэлектрич. текстуры, напр, поляризацией в электрич. поле (пьезокерамика), механич. обработкой (древесина) и др. (см. Пьезоэлектрические материалы).
Количеств, характеристикой пьезоэффектов в кристалле является совокупность пьезоконстаит (пьезомодулей) — коэф. пропорциональности между электрич. и механич. величинами. При этом одна электрич. величина (напр., Р) зависит как от др. электрич. величины (напр., E), так и от механич. величины (пили о). Напр.: поляризация, возникающая в П. под действием деформации (a) P — ест, где е — пьезомодуль. Полная поляризация с учётом электрич. поля E выражается соотношением
Р=еи+%*Е.
Величина х* имеет смысл диэлектрической восприимчивости прн постоянной деформация. Т. к. механич. деформации могут быть представлены как совокупность 6 независимых величин (сжатия и растяжения вдоль 3 осей, а также сдвигов в плоскостях, перпендикулярных осям), а вектор поляризации P имеет 3 компоненты. то в найм, симметричных кристаллах может быть 18 разных пьезоконстант.
Симметрия кристалла ограничивает число независимых пьезомодулей, напр, кристалл точечной группы симметрии 422 имеет только одну независимую пьезо-константу. Пьезоконстантами являются также величины d, a, b, X, s в соотношениях
P=da-\-%E, а=—аР-f-Xu, и = —ftP-j-sa
и т. п. Все пьезокоистянты связаны друг с другом, так что при опнсаипн пьезоэлектрич. свойств можно ограничиться только одной совокупностью констант, напр. е.
Величины пьезокоистант различаются для кристаллов разных типов. Для ионных кристаллов порядок величины пьезоконстант можио оценить след, образом: пусть прн деформации закороченного кристалла (Е — 0) изменение постоянной решётки (I) равио Al, так что деформация и — / -j- Д1/1. Разноимённые ионы сдвигаются друг относительно друга иа величину а поляризация P <n> qAl/P, где q — заряд иона (можно считать равным заряду электрона). Т. о., порядок пьезоэлектрич. коистанты такой же, как н у атомного электрич. поля Ea ~ IO7 единиц СГСЭ. Существенно больших величин могут достигать пьезокон-стаиты у сегнетоэлектриков, т. к. их полярнзация может быть связана с перестройкой доменной структуры при механнч. деформации.
Наличие пьезоэффектов сказывается на характере разл. акустич. явлений. Так, одна из объёмных упру-
гих волн становятся поверхностной (Гуляева — Влюштенна волна). Отражение и пропускание упругой волны иа границе П. и др. среды могут определяться не только соотношением модулей упругости сред, но и тем, является ли др. среда диэлектриком или проводником. Коэф. усиления звука за счёт дрейфа носителей заряда в полупроводнике имеет разную зависимость от частоты звука в П. н в центросим-метричны х к рнсталл а х.
П. используются в технике в качестве преобразователей механич. колебаний в электричеснне и электрических — в механические. Онн являются осн. материалами акустоэлектр оники.
Лит.: Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Электродинамика сплошных сред, 2 изд., М., 1982; H ай Дж., Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц, пер. с англ., 2 изд., М., 1967; Сиротин Ю, И., Шаскольская М. П., Основы кристаллофизики, 2 изд., М., 1979; Таганцев А. К., Пиро-, пьеэо-, флексоэлектри-ческий и термополяризационный эффекты в ионных кристаллах, «УФН», 1987, т. 152, в. 3, с. 423.
А. П. Лееанюж, Д. Г. Camrnкод.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ — вещества (диэлектрики, полупроводники), обладающие хорошо выраженными пьезоэлектрич. свойствами (см. Пъезоэлектрики).
Пьезоэлектрич. кристаллы распространены в природе в виде естеств. минералов (кварц, турмалин, цинковая обманка и др.), большинство практически важных П. м. синтезируют (сегнетова соль, ииобат лития, пьезокерамика, пьезополимеры).
П. м. используются для изготовления пьезоэлектрических преобразователей разл. назначения: в гидролокации, У 3-технике (см. Ультразвук), акустоэлектро-нике, точной механике и др. Для изготовление пьезоэлемента выбирают П. м., сопоставляя их параметры и характеристики, к-рые определяют эффективность и стабильность работы пьезоэлектрич. преобразователя с учётом его назначения и условий эксплуатации. П. м. характеризуются след, величинами (табл.): матрицами пьезомодулей d и относительной диэлектрич. проницаемости е°, коэф. упругой податливости SE, скоростью распространения звуковых волн с, тангенсом угла диэлектрич. потерь tgfi, механич. добротностью Qm, плотностью р, предельно допустимой темп-рой 0 (темп-ра Кюри для сегнетоэлектриков). Во мн. случаях оценивать П. м. удобнее след, параметрами: 1) коэф. эл.-механич. связи (для квазистатич. режима, когда длина звуковой волны существенно превосходит размеры пьезоэлемента):
