До п'єзоелектрик відносяться діелектрики, які мають сильно вираженим п'єзоелектричним ефектом.
П'єзоелектричний ефект (скорочено п'єзоефект) спостерігається в анізотропних діелектриках, переважно в кристалах деяких речовин, що володіють певною, досить низькою симетрією. П'єзоефектом можуть володіти кристали, що не мають центру симетрії, а мають так звані полярні напрямки (осі). П'єзоефектом можуть володіти також деякі полікристалічні діелектрики з упорядкованою структурою (текстурою), наприклад керамічні матеріали і полімери.
Зовнішні механічні сили, впливаючи в певних напрямках на п'єзоелектричний кристал, викликають в ньому не тільки механічні напруги і деформації (як у всякому твердому тілі), а й електричну поляризацію і, отже, поява на його поверхнях пов'язаних електричних зарядів різних знаків. При зміні напрямку механічних сил на протилежне стають протилежними напрямок поляризації і знаки зарядів. Це явище називають прямим п'єзоефектом. П'єзоефект звернемо. При зміні напрямку електричного поля на протилежне відповідно змінюються на протилежне напрямку напружень і деформацій. Це явище отримало назву зворотного п'єзоефекту.
Прямий і зворотний п'єзоефект лінійні і описуються лінійними залежностями, що зв'язують електричну поляризацію Р з механічним напругою. P = d
Дану залежність називають рівнянням прямого п'єзоефекту. Коефіцієнт пропорційності d називається п'єзоелектричним модулем (п'єзомодуль), і він служить мірою п'єзоефекту. Зворотний п'єзоефект описується залежністю: r = dE
де r - деформація; Е - напруженість електричного поля. П'єзомодуль d для прямого і зворотного ефектів має одне і те ж значення.
Напрямку поляризації може співпадати з напрямом механічної напруги або складати з ним деякий кут. При збігу напрямків поляризації і механічної напруги п'єзоефект називають поздовжнім, а при їх взаємно перпендикулярному розташуванні - поперечним. За направлення дотичних напружень приймають нормаль до площини, в якій діють напруги.
Відомо більше тисячі речовин, що володіють п'єзоелектричними властивостями, в тому числі - все сегнетоелектрики. Практичне застосування в П'єзотехніка знаходить обмежене коло матеріалів. Серед них одне з важливих місць займає монокристаллический кварц.
Кварц - широко поширений в природі мінерал, відноситься до числа найбільш твердих мінералів, має високу хімічну стійкість.
Зовнішні форми природних кристалів кварцу відрізняються великою різноманітністю. Найбільш звичайною формою є комбінація гексагональної призми і ромбоедрів (пірамідальні грані). Грані призми розширюються до основи кристала і мають на поверхні горизонтальну штрихування.
Придатний для використання в п'єзоелектричній апаратурі кварц зустрічається в природі у вигляді кристалів, їх уламків і окатанних гальок. Колір від безбарвно-прозорого (гірський кришталь) до чорного (моріон).
Зазвичай природні кристали кварцу містять в собі різні дефекти, що знижують їх цінність. До числа дефектів відносяться включення сторонніх мінералів (рутил хлорит), тріщини, міхури, фантоми, блакитні голки, звили і двійники.
Кварц - найважливіший п'єзоелектричний кристал, який знайшов широкі науково-технічні застосування завдяки своїм чудовим механічним і електричним властивостям. При звичайних температурах і тисках кварц зустрічається в так званій - модифікації. Кристал - кварцу (рис. 1) відноситься до тригональной системі і має три осі симетрії другого порядку, позначені на рис. 1 через.
Вони і є полярними осями кристала. Кожна з них з'єднує протилежні, але нерівнозначні ребра шестигранної призми. Нерівнозначності цих ребер видно з того, що до країв одного з них примикають маленькі межі, позначені на малюнку буквами a і b, тоді як у країв іншого ребра таких граней немає. Четверта вісь є віссю симетрії третього порядку. Її називають оптичною віссю, так як поворот кристала навколо цієї осі на будь-який кут не робить ніякого впливу на поширення світла в кристалі. При механічних впливах на кристал кварцу на кінцях полярної осі з'являються протилежні електричні заряди.
При температурі до 200 ° С п'єзоелектричні властивості кварцу практично не залежать від температури. З подальшим підвищенням температури п'єзоелектричний ефект повільно убуває. При 576 ° С-кварц зазнає фазове перетворення і переходить в -модифікацію. Кристали -кварца відносяться до гексагональної системі, тому п'єзоелектричні явища в них не спостерігаються. При зворотному зниженні температури первісна структура кварцу відновлюється, причому це відновлення відбувається при температурі, дещо нижчою, ніж вихідна (гістерезис).
П'єзоелектричні властивості кварцу широко використовуються в техніці для стабілізації і фільтрації радіочастот, генерування ультразвукових коливань і для вимірювання механічних величин (пьезометр).