石英的壓電效應(yīng)解釋

石英的化學(xué)式為SiO2，在一個(gè)晶體單元中，有三個(gè)硅離子 和六個(gè)氧離子 ，后者是成對(duì)的，所以一個(gè)硅離子和兩個(gè)氧離子交替排列。當(dāng)沒(méi)有力作用時(shí)， 和 在垂直于晶體Z軸的XY平面上的投影恰好等效為正六邊形排列，如圖a示。這時(shí)正負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上，呈現(xiàn)電中性。如果沿X方向壓縮，如圖b所示，則硅離子1被擠入氧離子2和6之間，而氧離子4被擠入硅離子3和5之間，結(jié)果表面A上呈現(xiàn)負(fù)電荷，而在表面B上呈現(xiàn)正電荷。這一現(xiàn)象稱為縱向壓電效應(yīng)。若沿Y方向壓縮，如圖c所示，硅離子3和氧離子2，以及硅離子5和氧離子6都向內(nèi)移動(dòng)同樣的數(shù)值，故在電極C和D上不呈現(xiàn)電荷，而在表面A和B上，即在X軸的端面上又呈現(xiàn)電荷，但與圖b的極性正好相反，這時(shí)稱為橫向壓電效應(yīng)。從研究的模型同樣可以看出：如果是使其伸長(zhǎng)而不是壓縮時(shí)，則電荷的極性正好相反?？傊?，石英等單晶體材料是各向異性的物體，在X或Y軸向施力時(shí)，在與X軸垂直的面上產(chǎn)生電荷，電場(chǎng)方向與X軸平行，在Z軸方向施力時(shí)，不能產(chǎn)生壓電效應(yīng)。