電致伸縮

正文

電致伸縮

在外電場作用下電介質所產生的與場強二次方成正比的應變, 稱為電致伸縮。這種效應是由電場中電介質的極化所引起，並可以發生在所有的電介質中。其特徵是應變的正負與外電場方向無關。在壓電體中（見壓電性），外電場還可以引起另一種類型的應變；其大小與場強成比例，當外場反向時應變正負亦反號。後者是壓電效應的逆效應，不是電致伸縮。外電場所引起的壓電體的總應變為逆壓電效應與電致伸縮效應之和。對於非壓電體，外電場只引起電致伸縮應變。 一般地，電致伸縮所引起的應變比壓電體的逆壓電效應小几個數量級。要在普通電介質中獲得相當於壓電體所能得到的大小的應變，外電場需高達108V/m。但在某些介電常數很高的電介質中，即使外電場低於106V/m，亦可獲得與強壓電體相近的機電耦合作用而提供技術套用。電致伸縮的另一個特點是在套用中其重現性較好。在外加強直流偏置電場作用下,對於疊加的交變電場,電致伸縮材料的機電耦合效應的滯後及老化現象比之常用的鐵電性壓電陶瓷要小得多。這個優點使得電致伸縮效應常用於壓力測量、連續可調雷射器、雙穩態光電器件等方面。近年來，隨著布里淵散射、次級光電效應的研究、雷射自聚焦等非線性光學的發展，電致伸縮諧振子和感測器相繼問世，電致伸縮現象逐漸引起了人們的關注。 在外電場Ei作用下，記電介質的極化強度為Pj，則電致伸縮所引起的應變分量可寫為

電致伸縮 蝴蝶反應

式中N和Q稱為電致伸縮係數。每種係數各有81個，組成一個四階張量，稱為電致伸縮張量。電介質的結構對稱性可以使電致伸縮張量的非零獨立分量大為減少。例如對於點群為Oh＝m3m的電介質立方晶體，非零獨立分量只有兩個，即N1111和N1112（或Q1111和Q1112）。這些係數可通過測量外電場（或極化強度）與應變的關係直接得到。 目前關於電致伸縮材料的研究方向在於使其獲得可與壓電陶瓷相比擬的形變。已經在兩個方面取得進展：製成了電致伸縮效應相當大而電滯後效應和老化現象都很小的材料，以及採用獨石電容器結構工藝使產生足夠的應變所需的電壓相當程度地降低。其中最為可取的是以鈮鎂酸鉛為基體的弛豫型鐵電陶瓷，這類材料正在用於製成電致伸縮換能器。