定义
特定的固体材料(如晶体、特定的陶瓷)在施加机械应力作用下产生电荷的现象。
早在18世纪中叶，人们就发现了热释电的现象，即某些晶体材料在温度改变的情况下会产生电势，这种现象也被叫做热电效应(Pyroelectricity)。受到热电效应的启发，1880年Pierre Curie和Jacques Curie兄弟结合他们对于产生热电效应的底层晶体结构的理解，猜测机械压力的改变同样也会导致晶体材料电荷的产生。为了验证这个猜想，Curie兄弟设计实验首次演示了电气石(tourmaline)、石英(quartz)、黄玉(topaz)、蔗糖(cane sugar)以及罗谢尔盐(Rochelle salt，酒石酸钾钠四水合物)五种晶体材料的压电效应[1]。
图 1 在苏格兰博物馆的居里补偿器顶部的压电晶体
Curie兄弟设计的实验其实十分简单。在晶体的平行表面放置两块铜片，通过导线连接到静电仪上。铜片外部使用橡胶绝缘，并将晶体与铜片一起放置在虎钳的钳口之内。利用虎钳对晶体施加压力，并通过静电仪观测晶体表面的电荷的变化。结果显示，石英和罗谢尔盐的压电效应最为明显[1]。
那么为什么有些晶体材料会在压力作用下产生电荷呢？想象一下，我们可以把晶体看成是由许多球(原子)固定在棒子(连接键)上组成的。这些球的排列是非常有序的：由球组成基本单元并有规律的无限重复。在大多数晶体(如金属)中，基本的重复单元是对称的，但在压电晶体中却并非如此。通常情况下，虽然压电晶体内部的原子可能不是对称排列的，但它们的电荷是完全平衡的，即一个地方的正电荷恰好抵消了附近的负电荷。因而压电晶体的表面不会产生多余电荷，通常情况下的压电晶体表现为电中性。然而，如果压电晶体受到挤压或拉伸，使得晶体内部结构产生变形，将一些原子推得更近或更远，扰乱了正极和负极的平衡，从而导致净电荷出现。
反向压电效应(reverse-piezoelectric effect)恰恰相反。在压电晶体上施加一个电压，就会使晶体内的原子受到“电压力”，内部的原子排列会自己调整平衡，从而使压电晶体产生机械变形。
参考文献
[1] Curie J, Curie P. Développement par compression de l’électricité polaire dans les cristaux hémièdres à faces inclinées[J]. Bulletin de minéralogie, 1880, 3(4): 90-93.
参阅：光电效应、压阻效应、超声换能器
