具有压电效应的材料称之为压电材料，常见的压电材料有两类。压电晶体和压电陶瓷。压电晶体，如石英、酒石酸钾钠等；压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。它们具有压电常数大、特性好，机械性能优良，时间、温度稳定性好，所以它们被广泛应用。

(1)石英晶体

①石英晶体

常见压电晶体有天然和人造石英晶体。其化学成份为SiO₂(二氧化硅)，压电系数d₁₁=2.31×10^-12C/N。在几百度的温度范围内，其压电系数稳定不变，能产生十分稳定的固有频率f₀，能承受700～1000kg／cm²的重量，是理想的压电传感器的压电材料。

除了天然和人造石英压电材料外，还有水溶性压电晶体。它属于单斜晶系。例如酒石酸

钾钠(NaKC₄H₄0₆-4H₂0)、酒石酸乙烯二铵(C₆H₄N₂O₆)等。

图10-2(a)所示为天然石英晶体的结构外形，用三根互相垂直的轴Z、X、y表示它们的坐标，如图10-2(b)所示。Z轴为光轴(中性轴)，它是晶体的对称轴，光线沿Z轴通过晶体不产生双折射现象，因而以它作为基准轴；X轴为电轴，该轴压电效应最为显著，它通过六棱柱相对的两个棱线且垂直于光轴Z，显然X轴共有三个；y轴为机械轴(力轴)，显然也有三个，它垂直于两个相对的表面，在此轴上加力产生的变形最大。图10-2（c）为石英晶体沿y轴方向切下的一块晶体片。

②石英晶体压电效应

a. 无外力作用

石英的化学式为Si02，在每一个晶体单元中它有三个硅离子和六个氧离子，在Z平面上的投影等效为正六边形排列,如图10-3所示。

无外力作用时，如图10-3（a）所示。正负六个离子分布在正六边形顶点上，形成三个互成120°夹角的电偶极矩P1、P2和P3。此时正负电荷相互平衡，电偶极矩的矢量和等于零，即P1+P2+P3=0，此时晶体表面没有带电现象，整个晶体是中性的。

b.X轴受外力作用

X当晶体受外力作用而产生变形时，正六边形的边长(键长)保持不变，而夹角(键角)改变：当受到沿X方向的压力作用时，见图10-3(b)，晶体受压缩而产生变形，正负离子相对位置发生变化，此时键角也随之改变，电偶极矩在X方向上的分量由于P1的减少和P2、P3的增加而大于零，P1+P2+P3>0。合偶极矩方向向上，并与X轴正向一致，在X轴正向的晶体表面出现正电荷，反向表面出现负电荷；电偶极矩在y、z轴方向上的分量都为零，因此无电荷出现。

C.Y轴轴受外力作用

当受到y轴方向施加压力时，见图10-3 (c)P1增大，P2、P3减小，P1+P2+P3<0，合偶极矩向下，因此上表面为负电荷，下表面为正电荷，同理y和Z轴方向不出现电荷。

d.Z轴受外力作用

如果沿z轴方向施加作用力，因为晶体中硅离子和氧离子是沿Z轴平移，因此电偶极矩矢量和等于零，这就表明Z轴(光轴)方向受力时，并无压电效应。同样可以分析出，在各个方向作用大小相等的力，使之体积变形时，也无压电效应。

 当沿X轴方向或y轴方向受到拉力作用时，按上述方法分析，可知产生电荷的极性正好相反。

对于压电晶体，当沿X轴施加正应力时，将在垂直于X轴的表面上产生电荷，这种现象称为纵向压电效应；当沿y轴施加正应力时，电荷将出现在与X轴垂直的表面上，这种现象称为横向压电效应；当沿X轴方向施加切应力时，将在垂直于y轴的表面上产生电荷，这种现象称为切向压电效应。通常在石英晶体上可以观察到上述三种压电效应。

（2）压电陶瓷

压电陶瓷是人造多晶系压电材料。常用的压电陶瓷有钛酸钡．锆钛酸铅，铌酸盐系压电陶瓷。它们的压电常数比石英晶体高，如钛酸钡(BaTiO₃)压电系数为107×10^-11（C／N)，机械性能、介电常数不如石英晶体好。由于它们品种多，性能各异，可根据它们各自的特点制作各种不同的压电传感器。

压电陶瓷的压电现象，在极化处理前，陶瓷内部的晶粒任意方向排列，自发极化的作用互相抵消，陶瓷内部极化强度为零，如图10-4（a）所示。

在陶瓷上施加外电场时，电畴（小区间）自发极化方向与外加电场方向一致．如图10-4(b)所示。既然已极化，此时压电陶瓷具有一定极化强度。

当外电场撤销后，各电畴的自发极化在一定程度上按原加电场取向，陶瓷极化强度并不立即恢复到零，如图10-4(c)所示,此时存在剩余极化强度。同时陶瓷片极化的两端出现束缚电荷，一端为正，另一端为负，由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的极化两端很快吸附一层来自外界的自由电荷，这时束缚电荷和自由电荷大小相等，极性相反，因此对外不显示极性。

如在压电陶瓷片上加一个与极化方向平行的外力，陶瓷片被压缩变形，致使片内束缚电荷之间距离变小，电畴偏转，极化强度变小，此时，吸附在其表面的自由电荷部分被释放，产生放电现象。

当撤销外力时，陶簿片恢复原状，极化强度增大，因此又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。

这种因受力而产生的机械效应转变为电效应，机械能转变为电能，就是压电陶瓷的正压电效应。放电电荷的多少与外力成正比，即

                            q = d₃₃f                            （10-1）

式中 d₃₃——压电陶瓷的压电系数, f——作用力