6.1.2. Влияние поверхностного заряда на
механическое поведение
Уникальность пьезоэлектриков
состоит в сильной связи их механических и электрических
характеристик. Вследствие этого механическое поведение пьезоэлектрика
тесно связано с электрическими параметрами внешней цепи. Например,
когда на пьезоэлектрик действует сжимающая сила, на поверхности
появляются электрические заряды вследствие прямого
пьезоэлектрического эффекта. Наведенные заряды приводят к появлению
деформации вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта. Как
следствие, увеличивается модуль упругости материала за счет вклада
электрических зарядов. С другой стороны, если на поверхность образца
нанести электроды и замкнуть их, заряды компенсируют друг друга, и
жесткость материала будет ниже, определяясь лишь механическими эффектами.
Как будет показано в следующем параграфе, это можно проверить
экспериментально, определив собственную частоту колебаний
пьезоэлектрического кристалла в разомкнутом и закороченном
состояниях.
6.1.3. Некоторые
пьезоэлектрики
Братья Кюри исследовали
естественные кристаллы типа турмалина, топаза, диоксида кремния и
сегнетовой соли, причем в двух последних пьезоэлектрический эффект
является достаточно сильным. Еще сильнее эффект проявляется в
искусственных кристаллах. Особенно силен он в семействе перовскита:
титанате бария (ВаТЮ3), титанате свинца (PbTi03) и
особенно титанате циркониевокислого свинца Pb(Zr,Ti)03 и
титанате цирконата лантана. Аналогичную кристаллическую структуру имеет
также ниобат лития (LiNb03) и танталат лития
(LiTa03).
Вырастить большие монокристаллы
сегнетоэлектрического материала достаточно трудно, и поэтому их
используют в виде керамики. Керамики представляют собой агрегаты
микрокристаллов {зерен) размером от нескольких нанометров до
микрона. Обычно их получают обжигом уплотненного порошка тонко
размолотых компонентов. Этот процесс называется спеканием. Так как
зерна имеют случайную ориентацию, для придания керамике пьезоэлектрических
свойств ее нужно поляризовать.
Поскольку спекание происходит
при очень высоких температурах, при охлаждении до температуры Кюри
образующиеся диполи не имеют преимущественной ориентации. Как следствие,
керамика не проявляет пьезоэлектрического эффекта. Таким образом,
сегнетоэлектрики нужно поляризовать. Этого достигают воздействием
сильного электрического поля, ориентирующего диполи в нужном
направлении. Идеальной ориентации диполей достичь невозможно, так как они
могут быть ориентированы лишь в некоторых специфических направлениях
относительно направления ориентации зерен, которая фиксируется в
процес-
