骨头、木头和石英都是压电材料。但什么是压电性，它是如何工作的呢?在这里，我们将解释这种非凡的特性从何而来。
压电是一种现象，它意味着材料的电态和机械态之间存在耦合。当一块压电材料被机械变形时，例如被压缩，电流就会流过并给它的表面充电。反之亦然，当施加电场时，它会变形。
1880年，保罗-雅克·居里和他的弟弟皮埃尔(著名的玛丽·居里的丈夫)发现了这种现象。除了已经提到的材料之外，还有更多的材料表现出压电性能，如蔗糖、丝绸、罗谢尔盐、PVDF和许多陶瓷。但为什么不是所有的材料都具有这种特性呢?其原因是要出现压电性，材料必须是晶体，但没有对称中心。我们很快就会知道了。
压致电流的表现源于材料内部电荷的重新排列。在平衡状态下，当材料卸载时，材料晶格内的电荷排列是这样的，即单位细胞是不带电的，图1 A。然而，当材料发生机械变形时，在单元内会发生电荷再分配。这种再分配将在单元电池表面诱导净电荷，并产生净偶极矩，如图1B和1C所示。
图1。压电原理图。A)在平衡状态下，单位电池的电荷分布不存在净偶极矩。B)压缩时，垂直方向上产生净偶极矩。C)拉伸时，水平方向上产生净偶极矩。
所有单元电池的净电荷贡献之和将是一块材料的电极化。这意味着施加的机械力在材料上产生了电压。然而，要发生偏振，必须没有对称中心，如图2所示。如前所述，只有某些材料才能满足这一要求。
图2。具有对称中心的材料的单位细胞内电荷分布的示意图。无论是在平衡态(A)，还是在机械变形态(B, C)，电荷分布都是这样的，即净偶极矩永远不会出现。
相反的现象，即当电压施加在材料表面时，材料会改变形状，被称为反向压电效应，这一现象直到一年后的1881年才被发现。
自从一个多世纪前压电效应被发现以来，它已经扩展到各种应用领域，现在被广泛使用。区域包括频率控制，例如时钟，扬声器产生声音，和微平衡，如药物而且QCM-D，以监测质量变化。但还不止于此。现在压电是未来可持续能源供应的一个候选贡献者。光、风和热一直是显而易见的来源，由于压电效应，振动现在也被添加到列表中。使用振动源发电的一种方法是，例如通过街道或人行道的瓷砖获取人体动能．即把脚步的能量转化为电能。以这种方式产生的能量可以用于城市中的路灯或其他低压设备。
压电性是某些材料的一种特性，当受到机械应力时，会产生电流。它被用于，例如，频率控制和电流发电应用。
下载下面pdf格式的文本。
