「圧電効果」の版間の差分

'''圧電効果'''（あつでんこうか {{Lang-en-short|piezoelectric effect }}）とは、物質（特に[[水晶]]や特定の[[セラミック]]）に[[圧力]]（力）を加えると、圧力に比例した[[誘電分極|分極]]（[[電荷|表面電荷]]）が現れる現象。また、逆に[[電界]]を[[印加]]すると物質が変形する現象は'''逆圧電効果'''と言う。なお、これらの現象をまとめて圧電効果と呼ぶ場合もある。これらの現象を示す物質は'''圧電体'''と呼ばれ、[[ライター]]や[[コンロ|ガスコンロ]]の点火、[[ソナー]]、スピーカー等に[[圧電素子]]として幅広く用いられている。圧電体は[[誘電体]]の一種である。

[[アクチュエータ]]に用いた場合、発生力は比較的大きいが、変位が小さくドリフトが大きい。また、駆動電圧も高い。[[走査型トンネル顕微鏡|STM]]や[[原子間力顕微鏡|AFM]]のプローブまたは試料の制御などnm[[ナノメートル]]オーダーの高精度な位置決めに用いられることが多い。

なお、{{Lang|en|piezoelectricity}} は'''圧電気'''のほか'''ピエゾ電気'''とも訳され、ギリシャ語で「圧搾する」、または「押す（press）（{{Lang|en|press}}）」を意味する'' {{ラテン翻字|grc|piezein''}} ({{Lang|grc|πιέζειν}}) （πιέζειν）からハンケルにより名付けられた。

[[焦電効果]] ({{Lang|en|pyroelectric effect}})とは、物質が温度変化に応じて電気的ポテンシャルを生ずることで、18世紀の中ごろ、[[カール・フォン・リンネ]]と[[フランツ・エピヌス]]により研究された。この知見から、[[ルネ＝ジュスト・アユイ]]と[[アントワーヌ・セザール・ベクレル]]の2人は、機械的応力と電気的変化の関係を仮定したが、それらの実験からは、満足いくものが得られなかった。

最初の実用的な圧電効果の応用は[[ソナー]]で、[[第一次世界大戦]]中初めて開発された。[[フランス]]で[[1917年]]に[[ポール・ランジュバン]]（Paul Langevin）とその同僚が[[超音波]]を用いた潜水艦探知機を開発した。その探知機は、2つの鋼鉄製平板に注意深く接着した薄い石英結晶を用いた変換器（[[トランスデューサ]]）と反射波を探知する水中聴音器（[[ハイドロホン]]）よりなり、変換器から高周波のチーチー音（チャープ）を放出し、対象物からはねだす音波の反射音を検出するまでにかかる時間を測定することで、その対象物までの距離を計算する。

この圧電効果は、正圧電効果の有る物質（応力を加えた時、電気を生ずる）はまた、逆圧電効果（[[電場]]が有れば、縮んだり、伸びたりする。この場合電場のかけ方により、一方向のみ、または双方向の場合がある）が有るであろうと可逆的に考えられている。例えば、鉛・ジルコニア・チタン水晶では、元の長さの最大0.1%形状が変わるであろう。この効果は、音、高電圧の発生、電気周波数の発生、マイクロバランスや光学機器の超微調整焦点合わせなど、検出や製造に応用されている。また、原子解像や顕微探査スキャニング（STM（[[走査型トンネル顕微鏡|STM]], [[原子間力顕微鏡|AFM]], MTA, [[走査型近接場光顕微鏡|SNOM]]など）といった多くの科学計測技術の拠りどころともなっている。

その他にも圧電効果による摩擦軽減特性も報告されている<REF>[http://www.nims.go.jp/news/press/2010/09/p201009210.html 圧電効果を利用して摩擦力の低減に成功 - 独立行政法人物質・材料研究機構]</REF>。これは結晶配向を正確に制御した酸化亜鉛をコーティングしたもので大気・真空・油中で摩擦を軽減する。特に極性分子が介在しない油中においては圧電効果による反発力で荷重が増加するにつれ摩擦抵抗が低下するという実験結果が出ており、今後は油・真空環境下での応用が期待される。