截图答案-2-晶体的物理性质课后练习题第二次

晶体的物理性质课后练习题第二次

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1.α-石英晶体是最早发现的压电晶体，也是目前最重要的压电晶体之一。什么

是正压电效应与逆压电效应？什么是α-石英晶体的光轴、电轴、机械轴？为什么这样称呼？写出石英晶体正压电效应的矩阵表现形式，并说明这个矩阵所表示的物理意义？

当某些电介质晶体受到机械应力作用时，在其表面上会出现电荷，这种现象称为正压电效应。具有正压电效应的晶体称为压电晶体。同样，也出现了逆压电效应，即电场作用于晶体时，晶体将发生应变。

z轴与天然石英晶体的上、下顶角连线重合（即与晶体的c轴重合）。因为光线沿z轴通过石英晶体时不产生双折射，故称z轴为石英晶体的光

轴。

x轴与石英晶体横截面上的对角线重合（即与晶体的a轴重合），因为沿x方向对晶体施加压力时，产生的压电效应最显著，故常称x轴为石英

晶体的电轴。

z轴与x轴的方向规定后，y轴方向也就定了。y轴与石英晶体横截面对边的中点连线重合，常称为机械轴。

●在压电物理中常用电位移D代替极化强度P，当电场E=0时，

D=ε0E+P=P，电位移的三个分量：D1=P1，D2=P2，D3=P3。

●将这些关系代入到(4-9)式，即得到用电位移分量与应力分量表示的石英

晶体正向压电效应的表示式为：

从以上两式中可以看出：

(1)对于石英晶体不是在任何方向上都存在压电效应，只有在某些方向上，

在某些力的作用下，产生才能出现正压电效应。例如，在石英晶体x方向，只有X1、X2、X4作用时，才能在x方向压电效应，而X3、X5、X6不能在x方向压电效应。在石英晶体的z方向，不论在什么方向作用多大

的力，都不能在z方向压电效应。

(2)（2）石英晶体的独立压电常数只有d11与d14两个，它们的数值是：

d11 = -2.31×10-12 库仑/牛顿，

d14 = 0.73×10-12 库仑/牛顿。

2.压电晶体做压电元件时，必须找到较合适的方向进行切割，才能满足相应压

电元件对性能的设计要求。压电晶体的切割是晶体各向异性运用的实例，画出压电晶体XY-切割、XZ-切割、YZ-切割、YX-切割、ZX-切割及ZY-切割的示意图？

3.什么是热释电效应与热电效应？热释电效应一般分为几类？

热释电效应指的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变--在材料的两端出现电压或产生电流

所谓的热电效应，是当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。而这个效应的大小，则是用称为

thermopower(Q)的参数来测量，其定义为Q=E/-dT(E为因电荷堆积产生的电场，dT则是温度梯度)。

4.什么是材料的弹性与塑性？简述弹性柔顺常数S12的物理意义?

5.什么是电致伸缩？画出蝶形回线的示意图，并说明电致伸缩与逆压电效应的

区别？

在铁电体中，极化⽽引起的形变，常称为电致伸缩

●压电效应是电场和应变之间的线性关系，是在电场不太强条件下的一级近似效应；而电致伸缩效应则为电场的平方效应，在电场很强时才会察觉出来。

●描述两个效应所使用的张量阶数不同：压电效应只是非中心对称的晶体中才可能有的性质，可用三阶张量描述；

●电致伸缩效应却是所有晶体都可具有，用四阶张量来描述。