圧電効果
ポリフッ化ビニリデン(1,1-2フッ化エタン重合体、PVDF) ... PVDFは、石英より数段高い圧電性を示す。材料の結晶構造が圧電効果を生み出すセラミックスとは違い、ポリマー内では、電界があると相互に曲がりくねった長鎖分子がくっ付いたり、引き離れたりする。
圧電効果(あつでんこうか 英: piezoelectric effect)とは、物質(特に水晶や特定のセラミックス)に圧力(力)を加えると、圧力に比例した分極(表面電荷)が現れる現象。また、逆に電界を印加すると物質が変形する現象は逆圧電効果と言う。なお、これらの現象をまとめて圧電効果と呼ぶ場合もある。これらの現象を示す物質は圧電体と呼ばれ、ライターやガスコンロの点火、ソナー、スピーカー等に圧電素子として幅広く用いられている。圧電体は誘電体の一種である。
アクチュエータに用いた場合、発生力は比較的大きいが、変位が小さくドリフトが大きい。また、駆動電圧も高い。STMやAFMのプローブまたは試料の制御などナノメートルオーダーの高精度な位置決めに用いられることが多い。
なお、piezoelectricity は圧電気のほかピエゾ電気とも訳され、「圧搾する」、または「押す(press)」を意味する古代ギリシア語: πιέζω(piézō)からハンケル(英語版、ドイツ語版)により名付けられた。
圧電効果は、ある物質(特に水晶や特定のセラミックス)が機械的応力の応答として生ずる電気的ポテンシャルである。ピエゾ電気は、結晶格子を通る電気的変化の分離として生ずると考えられている。物質が(電気的に)ショートしていないならば、かかる変化は、物質を通る電圧を誘導する。
圧電性の結晶内では正と負の電荷が分離している。しかし、対称性が広範囲に及んでいるため、結晶全体では電気的に中性である。これら各々のサイトは、電気的に双極を形成し、近くの双極は、ワイス・ドメインという領域でお互いに一直線に並ぶ傾向がある。ドメインは通常不規則に方向を定めているが、強い電場を材料を横切って、通常温度上昇を伴い、かけるという工程、すなわちポーリング(磁気ポーリングとは別)の間は一直線に並びうる。
機械的応力をかけると、この対称性は広範囲に及び、電荷の非対称性が材料を横切る電圧を生む。例えば、1cm片の石英立方体に正確に2kN(500lbf)の荷重をかけると12,500Vの電圧が生ずる。
ピエゾ電気物質はまた、電場をかけると結晶に機械的変形を引き起こす、逆のピエゾ電気効果と呼ばれる正反対の効果を示す。