- Hiệu ứng áp điện: được Jacques và Pierre Curie phát hiện và năm 1880. Họ thấy
rằng nếu đặt một biến dạng cơ học lên các tinh thể thì chúng sẽ bị phân cực về điện và mức độ phân cực tỷ lệ với mức độ lớn biến dạng đặt vào. Curie còn khám phám ra rằng, các vật liệu giống với vật liệu này sẽ bị biến dạng khi đặt vào chúng một điện trường. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện ngược. Bản chất của hiệu ứng áp điện được thể hiện trên hình 2.7.
Hình 2.3: Hiệu ứng áp điện
- Hiệu ứng áp điện có trên một số tinh thể trung tính như tinh thể thạch anh, Tuamalin, Na, Kali, Tartrate và các tinh thể này đã được sử dụng nhiều để chế tạo các cơ cấu chuyển đổi áp điện (PZT). Ngoài ra, vật liệu đa tinh thể hiện nay được sử dụng rất rộng rãi, gọi là gốm áp điện. Với các tinh thể thể hiện tính áp điện, cấu trúc của nó khơng nên có tâm đối xứng. Một ứng suất (kéo hoặc nén) được đặt lên tinh thể sẽ làm thay đổi khoảng cách giữa các vị trí điện tích âm và dương trong mỗi phần tử dẫn đến sự phân cực mạng ở bề mặt tinh thể. Hiệu ứng này thường là tuyến tính. Sự phân cực thay đổi trực tiếp với ứng suất đặt vào và phụ thuộc vào hướng ứng suất, dẫn đến các ứng suất nén và kéo sẽ phát sinh điện trường và do vậy điện áp bị phân cực ngược. Ngược lại, nếu tinh thể được đặt vào một điện trường thì nó sẽ phát sinh một biến dạng dẻo làm cho chiều dài của tinh thể tăng hoặc giảm tương ứng với độ phân cực điện trường. Các cơ cấu làm việc theo phương dọc trục và theo phương ngang có độ cứng cao và được tối ưu cho các chuyển động nhỏ và lực lớn. Các cơ cấu hỗn hợp (tinh thể kép) sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu chuyển vị lớn. Nếu đặt lên cơ cấu một điện áp thì sẽ có một chuyển vị xuất hiện. Khi chuyển vị này bị ngăn cản, một lực sẽ xuất hiện, gọi là lực cản, thực tế nó là thông số xác định độ cứng của cơ cấu.
Việc chuyển đổi từ năng lương điện sang chuyển vị cơ học đươc thể hiện bằng công thức sau [16]:
S=dE=dU/l
Ở đây, S là biến dạng cơ học phát sinh do điện trường E hoặc điện áp V đặt vào miếng vật liệu áp điện (xem hình 1.9) còn l là chiều cao của miếng áp điện đó.
Hình 2.4: Hiệu ứng áp điện thuận và nghịch