Электрострикция

Электростри́кция (ср. магнитострикция) — это свойство всех непроводников, или диэлектриков, приводящее к изменению их размеров и формы при приложении к ним электрического поля^[1].

Объяснение явления

Электрострикцией 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 (${\displaystyle Q_{ijlk}}$), зависящий от механического напряжения (тензор второго ранга ${\displaystyle x_{ij}}$) и поляризации (тензоры первого ранга ${\displaystyle P_{k}}$, ${\displaystyle P_{l}}$).

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

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^[2].

Связь между деформацией и электрическим полем является квадратичной. Линейная связь между деформацией и электрическим полем наблюдается в пьезоэлектриках^[3].

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
• Пьезоэлектрический эффект
• Сегнетоэлектрический релаксор
• Пьезомагнетизм^[англ.]