鐵電體的電致伸縮效應

       電致伸縮效應是指介電體在電場作用下，由誘導極化而引起的形變。試驗表明，當外電場較大時，誘導極化所引起的應變與極化強度的平方成正比，它是一種平方效應。電致伸縮效應的形變與外電場的方向無關。

  前已述及，逆壓電效應只產生于壓電體，形變與外電場呈線性關系，而且隨外電場反向而改變符號。所以，電致伸縮效應和逆壓電效應有著明顯的差異，這二者之間不能混淆。由熱力學關系，可以得到鐵電體的電致伸縮方程為

式中，S^P_ij為極化強度恒定時的彈性柔順系數；Q_imn為電致伸縮常數，它是一個四階張量；β^T_mn為自由介電隔離率，它是對稱二階張量；表示介電體的電場隨電位移矢量變化的系數，即

弛豫型（或擴散型相變）鐵電體具有很高的電致伸縮效應，在外電場誘導下形成的應變x（△l/l）與電場E（或極化P）之間的關系可簡單地表示為x=ME²（或QP²），Q（或M）為電致伸縮系數，亦可用x=QC²來表達，其中C為居里一外斯常數。盡管弛豫鐵電體具有較小的電致伸縮系數Q值，但具有很高的介電常數，可以達到10⁴以上，遠大于一般常用的PZT和BaTiO₃基壓電陶瓷，且隨溫度的變化比較平緩。在介電常數的極值溫度上下，只需施加不大的電場，便能誘發出很高的極化強度，其值接近材料所固有的自發極化強度，然而當電場去除后，材料卻不像正常鐵電體那樣仍存在剩余極化，因而也沒有壓電效應。注意到鐵電體本身由于結構方面的特征，自發地處在高度極化狀態，極化強度值要比普通電介質在接近于擊穿電場下的數值高得多。而電致伸縮應變是和材料極化強度的平方成正比的，這就是弛豫型鐵電體有很高的電致伸縮效應的原因。例如，以鈮鎂酸鉛為代表的一大類弛豫型鐵電陶瓷在相當寬的溫度范圍內具有很大的電致伸縮效應，應變量可達10^-3以上，如圖為該材料的應變電場曲線。