圧電効果
この圧電効果は、正圧電効果の有る物質(応力を加えた時、電気を生ずる)はまた、逆圧電効果(電場が有れば、縮んだり、伸びたりする。この場合電場のかけ方により、一方向のみ、または双方向の場合がある)が有るであろうと可逆的に考えられている。例えば、鉛・ジルコニア・チタン水晶では、元の長さの最大0.1%形状が変わるであろう。この効果は、音、高電圧の発生、電気周波数の発生、マイクロバランスや光学機器の超微調整焦点合わせなど、検出や製造に応用されている。また、原子解像や顕微探査スキャニング(STM, AFM, MTA, SNOMなど)といった多くの科学計測技術の拠りどころともなっている。
その他にも圧電効果による摩擦軽減特性も報告されている。これは結晶配向を正確に制御した酸化亜鉛をコーティングしたもので大気・真空・油中で摩擦を軽減する。特に極性分子が介在しない油中においては圧電効果による反発力で荷重が増加するにつれ摩擦抵抗が低下するという実験結果が出ており、今後は油・真空環境下での応用が期待される。
最初の実用的な圧電効果の応用はソナーで、第一次世界大戦中初めて開発された。フランスで1917年にポール・ランジュバンとその同僚が超音波を用いた潜水艦探知機を開発した。その探知機は、2つの鋼鉄製平板に注意深く接着した薄い石英結晶を用いた変換器(トランスデューサ)と反射波を探知する水中聴音器(ハイドロホン)よりなり、変換器から高周波のチーチー音(チャープ)を放出し、対象物からはねだす音波の反射音を検出するまでにかかる時間を測定することで、その対象物までの距離を計算する。
ソナーに圧電効果を用い、そのプロジェクトが成功したことで、圧電素子の開発に強い関心を引き起こした。次の十年以上にもわたり、新しい圧電素子とそれらを使った新しい応用は、探求され開発された。
圧電素子は、多くの分野で組み込まれている。プレイヤーの設計を容易にしたセラミック音響カートリッジは、安価で精巧であり、レコードプレイヤーを安価で維持でき、かつ組み立てるのを容易にした。超音波変換器の開発は、固体分野で粘弾性の測定を容易にし、材料研究に非常な進歩をもたらした。超音波時間領域反射測定器(材料に超音波パルスを送り、切れ目からの反射波を測定する)は、鋳造金属や石でできた物の中にある割れを発見でき、構造物の安全性を向上させた。
ペロフスカイト(ペロブスカイトとも呼ばれている。perovskite チタン酸カルシウム:CaTiO3)やタングステン-青銅構造を持つセラミックスの一群は、圧電効果を示す。
チタン酸バリウム(BaTiO3) ... チタン酸バリウムは、最初に発見された圧電セラミックスである。
チタン酸鉛(PbTiO3)
チタン酸ジルコン酸鉛(ジルコニウム酸-チタン酸鉛)(Pb[ZrxTi1-x]O3 0<x<1 混晶) ... 一般的には、PZTとして知られている。PZTは今日使われている最も一般的な圧電セラミックスである。
ニオブ酸カリウム(KNbO3)
ニオブ酸リチウム(LiNbO3)
タンタル酸リチウム(LiTaO3)
タングステン酸ナトリウム(NaXWO3)
酸化亜鉛(ZnO、Zn2O3)
Ba2NaNb5O5
Pb2KNb5O15
リチウムテトラボレート(Li2B4O7)