Электрострикция

Электростри́кция (ср. магнитострикция) — это свойство всех непроводников, или диэлектриков, приводящее к изменению их размеров и формы при приложении к ним электрического поля.

Объяснение явления

Электрострикцей обладают все диэлектрики. Это свойство проявляется ввиду малого перемещения ионов в кристаллической решётке при воздействии внешнего электрического поля. Положительно заряженные ионы вытесняются в направлении поля, тогда как негативно заряженные ионы вытесняются в противоположном направлении. Это вытеснение постепенно накапливается во всей толще вещества и приводит к общей деформации (удлинению) тела в направлении поля. Толщина вещества уменьшается в ортогональных направлениях, подчиняясь коэффициенту Пуассона. Все изолирующие вещества, состоящие из более, чем одного типа атомов, проявляют ионные свойства до определённой степени из-за разницы в электроотрицательности атомов, а значит будут проявлять электрострикцию.

Итоговая величина механической деформации (степень деформации по отношению к исходным размерам) пропорциональна квадрату поляризации. Изменение направления поля не изменяет направление деформации.

Формально, электрострикционный коэффициент — это тензор четвёртого ранга ($Q_{ijlk}$), зависящий от механического напряжения (тензор второго ранга $x_{ij}$) и поляризации (тензоры первого ранга $P_{k}$, $P_{l}$).

$x_{ij}=Q_{ijkl}\times P_{k}\times P_{l}$

Связанный с электрострикцией пьезоэффект существует лишь у части диэлектриков. Электрострикция существует в кристаллах со всеми видами симметрии, тогда как пьезоэффект характерен лишь для двадцати кристаллографических точечных групп симметрии.

Связь между деформацией и электрическим полем является квадратичной. Линейная связь между деформацией и электрическим полем наблюдается в пьезоэлектриках.

Вещества

Все диэлектрики обладают электрострикцией в той или иной мере. Несмотря на это, ряд специально проектируемых керамических веществ, получивших название сегнетоэлектрические релаксоры, обладает необычайно высокими значениями электрострикции. Наиболее широкое применение получили следующие вещества:

• магнониобат свинца (PMN)
• магнониобат-титанат свинца (PMN-PT)
• цирконат-титанат свинца, легированный лантаном (PLZT)

См. также

• Магнитострикция
• Фотоупругость
• Piezomagnetism
• Пьезоэлектрический эффект
• Сегнетоэлектрический релаксор

Литература

• Mini dictionary of physics (1988) Oxford University Press
• Статья «Electrostrictive Materials» на сайте TRS Technologies
• Статья «Electronic Materials» профессора Гельмута Фёлля
• Головнин В. А., Каплунов И. А., Малышкина О. В., Педько Б. Б., Мовчикова А. А. изические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов. — М.: Техносфера, 2016. — 272 с. — ISBN 978-5-94836-352-3.