什麼是壓電效應
施加應力時產生極化，反之施加電場時發生變形的現象。發生在不具對稱中心的晶體中，石英與PZT用於感測器與振盪器。
日文名稱: 圧電効果
「壓電效應」出現在1領域的1道練習題中（陶瓷與玻璃等）。
這個名詞所屬的領域: 陶瓷與玻璃
正與逆壓電效應及壓電常數
對晶體施加應力時表面出現電荷的是正壓電效應，施加電場時晶體產生應變的是逆壓電效應，1880年居里兄弟發現了正壓電效應。效應的大小以壓電常數d表示，單位為pC/N（電荷/力），這與pm/V（位移/電壓）是相同的因次。石英約為2 pC/N，PZT陶瓷則達數百 pC/N，能得到感測器與致動器都能使用的大響應。
對稱性的條件與鐵電體的關係
晶體的32個點群中，沒有對稱中心的有21個，其中20個顯示壓電性。其中又有10個是具有自發極化的極性晶體，也顯示極化隨溫度變化而改變的焦電性。鐵電體是能以電場反轉這個自發極化方向的晶體。PZT或BaTiO₃陶瓷每個晶粒的極化方向各不相同，原樣下壓電性會互相抵消。在高溫下施加強直流電場使方向一致的極化處理後，才成為壓電元件。
PZT的組成與可使用的溫度
PZT（Pb(Zr,Ti)O₃）在Zr/Ti約52/48附近有正方晶與菱面體晶的相界（準同型相界），在此極化方向容易改變，壓電常數最大。超過居里溫度時極化會消失，因此使用溫度要遠低於居里溫度，標準約為居里溫度的一半以下。PZT含鉛，因此鈮酸鉀鈉（KNN）系等無鉛壓電材料的開發也在進行中。
感測器、致動器與振盪器
正壓電效應用於加速度感測器、引擎爆震感測器、超音波接收、點火裝置等。逆壓電效應的位移雖小，但響應快、力也大，因此用於精密定位或燃料噴射閥。對 d33 = 500 pm/V 的元件施加100 V時位移約為50 nm，堆疊100層則約為5 µm。石英振盪器產生時鐘與電子設備基準的頻率，智慧型手機的高頻濾波器則使用LiNbO₃或LiTaO₃的表面聲波元件，以及AlN薄膜的共振器。
練習壓電效應的題目
關於壓電性與鐵電性關係的敘述，下列何者正確？
- A壓電體都是鐵電體
- B鐵電體都顯示壓電性，但也有像石英這樣不具鐵電性的壓電體
- C即使是有對稱中心的晶體，施加夠強的電場也會顯示壓電性
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正確答案：B. 鐵電體都顯示壓電性，但也有像石英這樣不具鐵電性的壓電體
壓電性是受機械應力而產生極化、反之受電場而變形的性質，條件是晶體不具對稱中心。鐵電體是具有可被電場反轉方向之自發極化的晶體，沒有對稱中心，因此必定也顯示壓電性。另一方面，石英（α石英）沒有對稱中心，因此顯示壓電性，但沒有自發極化，所以不是鐵電體。在具有對稱中心的晶體中，即使增強電場，也不會出現1次的壓電效應（與電場2次方成正比的電致伸縮是另一種效應）。PZT或BaTiO₃等鐵電陶瓷要先以極化處理使極化方向一致，再作為壓電元件使用。
常見問題
壓電效應與焦電效應有什麼不同？
壓電效應是極化隨應力改變的現象，焦電效應是自發極化的大小隨溫度變化而改變、出現電荷的現象。焦電性晶體全都顯示壓電性，但也有像石英這樣有壓電性卻沒有焦電性的晶體。
壓電常數的單位 pC/N 與 pm/V 相同嗎？
是相同的因次。將 C/N = (A·s)/(kg·m/s²) 與 m/V = m/(kg·m²/(A·s³)) 換成基本單位，兩者都是 A·s³/(kg·m)。正效應可讀作電荷/力，逆效應可讀作位移/電壓。
壓電感測器為什麼難以量測靜止的力？
因為產生的電荷會經由元件或電路的絕緣電阻隨時間洩漏而減少。因此適合量測振動或衝擊這類變化的力。對準靜態的力，則組合洩漏小的石英與電荷放大器。
解析中的「壓電效應」
在具有對稱中心的晶體中，即使增強電場，也不會出現1次的壓電效應（與電場2次方成正比的電致伸縮是另一種效應）。
關於壓電性與鐵電性關係的敘述，下列何者正確？