مواد پیزوالکتریک می‌توانند با دریافت انرژی الکتریکی، پاسخ مکانیکی دهند، برای مثال مواد پیزوالکتریک در منابع تولید کننده امواج صوتی در ادوات تصویربرداری سونوگرافی، تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی در برخی بلور‌های نارسانا مثل (کوارتز) تحت کشش یا فشار، همان اثر پیزوالکتریک است.
اثر پیزوالکتریک به عنوان یک واکنش خطی-الکترومکانیکی بین دو حالت الکتریکی و مکانیکی در مواد عایق و بلور‌هایی که تقارن مرکزی ندارند، تعریف می‌شود. در واقع پیزوالکتریک‌ها موادی هستند که در صورت اعمال فشار یا تنش به آن‌ها، بار الکتریکی در سطوح خاصی از آن‌ها ظاهر می‌شود. این پدیده، اثر پیزوالکتریک مستقیم (Direct piezoelectric Effect) نام دارد که یک فرآیند قابل برگشت است، یعنی به‌طور معکوس هرگاه ماده‌ای با این خاصیت، در یک میدان الکتریکی واقع شود، ابعاد آن تغییر می‌کند (Reverse Piezoelectric Effect). در صورت وارون شدن جهت اعمال تنش یا فشار، جهت قطبش بار‌های الکتریکی نیز معکوس می‌شود و با تغییر در جهت میدان الکتریکی اعمال‌شده جهت تغییر ابعاد ماده نیز، تغییر می‌یابد؛ که هر دو اثر کاربردی‌های متفاوت و فراوان دارند.
علامت پتانسیل‌های دو وجه بلور در دو حالت فشردگی یا کشیدگی معکوس هم ارزند و هر چه میزان فشار کشش بیشتر باشد، اختلاف پتانسیل تولید شده بیشتر است. موادی که به‌طور مستقیم اثر پیزوالکتریک (تولید داخلی بار الکتریکی به دلیل اعمال نیروی مکانیکی) را انباشته می‌کنند اثر پیزوالکتریک معکوس (تولید داخلی نیروی مکانیکی در اثر اعمال
میدان الکتریکی) را نیز انباشته می‌کنند.
اولین اثبات قضیه و اثر پیزوالکتریک در سال ۱۸۸۰ توسط دو برادر با نام‌های
Pierre Curie و
Jacques Curie بود. اطلاعات این دو دانشمند رفتار بسیاری از کریستال‌ها مانند تورمالین، کوارتز، کانی شکر، Rochelle salt (نمک راچل) (تتراهیدرات، جوهر پتاسیم، سدیم) را آشکار کرد.
در سه دهه بعد، همکاری فراوانی در انجمن‌های علمی اروپا در زمینه پیزو الکتریسیته انجام شد و واژ‌های میدان پیزوالکتریسیته بوسیله آن‌ها استفاده شد. البته کار‌های انجام شده برروی رابطه‌ی میان الکترومکانیکی مختلط با کریستال‌های پیزو الکتریک در سال ۱۹۱۰ انجام شد و اطلاعات آن به صورت یک مرجع استاندارد است. به هر حال پیچیدگی علم مربوط به مواد پیزوالکتریک باعث شده که کاربرد‌های این عداد تا چند سال قبل رشد پیدا نکند. لانگوین ات آل در طی
جنگ جهانی اول
مبدل آلتراسونیک پیزوالکتریکی ساخت. موفقیت او باعث ایجاد موقعیت‌های استفاده از مواد پیزو الکتریک در کاربرد‌های زیر آبی شد.
هنگامی که مواد پیزوالکتریک تحت فشار مکانیکی قرار می‌گیرند، باعث تغییر مکان مراکز انرژی مثبت و منفی در ماده می‌شوند، که در نتیجه یک میدان الکتریکی خارجی ایجاد می‌شود. هنگامی که عکس آن اتفاق می‌افتد، یک میدان الکتریکی بیرونی، مواد پیزوالکتریک را منبسط یا منقبض می‌کند. اگر دو وجه روبرویی هر یک از این بلورها را به اختلاف پتانسیل متناوب الکتریکی وصل کنیم، تغییر شکل متناوبی در آن رخ می‌دهد و به ارتعاش در می‌آید.
اثر پیزوالکتریک در
کریستال‌ها (بلورها)، برخی از سرامیک‌ها و اجسام زیستی مانند استخوان DNA و پروتئین‌ها روی می‌دهد. شرط ضروری برای پیزوالکتریک بودن یک کریستال، عدم وجود تقارن مرکزی در ساختار کریستالی است.سه نوع ماده پیزوالکتریک که به طور عمده در عمل استفاده می‌شوند شامل سرامیک‌های پیزوالکتریک، پلیمر‌های پیزوالکتریک و کامپوزیت‌های پیزوالکتریک می‌باشند که از این میان کامپوزیت‌ها به دلیل ویژگی‌های تطبیق پذیری و تنظیم شوندگی بسیار بالا توجه بیشتری را به خود جلب کرده اند.
در سال‌های اخیرکاربرد مواد پیزوالکتریک بیشتر تحت سه عنوان سنسور، مبدل و محرک شناخته شده است؛ که به انواع پیزوالکتریک هم می‌توان نام برد. همچنین اثر پیزوالکتریک در بسیاری از برنامه‌های کاربردی که شامل تولید و تشخیص صدا، تولید ولتاژ بالا، تولید فرکانس الکترونیکی، عدم تعادل میکرو، و تمرکز فوق العاده خوب از مجموعه‌های نوری است، بسیار مفید است. این همچنین مبتنی بر تعدادی از تکنیک‌های علمی ابزار با وضوح اتمی، مانند
میکروسکوپ پروب اسکن (STM، AFM، و غیره) است. اثر پیزوالکتریک نیز در استفاده از برنامه‌های روان شناختی بیشتر مانند استفاده از منبع اشتعال برای فندک‌های سیگار استفاده می‌شود.
*سنسور پیزوالکتریک (Piezoelectric sensor)
یک سنسور پیزوالکتریک می‌تواند با استفاده از اثر پیزوالکتریک مستقیم، اطلاعات را از محدوده‌ی مکانیکی به یک سیگنال الکتریکی قابل پردازش تبدیل کند. سیگنال الکتریکی تولیدشده پس از اعمال اولیه‌ی نیرو، به سرعت کاهش می‌یابد؛ بنابراین این سنسور‌ها برای اندازه‌گیری نیرو‌هایی که در مدت زمان کوتاهی اعمال می‌شوند، بسیار مناسب هستند، اما برای اندازه‌گیری نیرو‌های استاتیکی مناسب نیستند.
*مبدل پیزوالکتریک (Piezoelectric Transducer)
مبدل پیزوالکتریک وسیله‌ای است که یک نوع انرژی را به نوع دیگر تبدیل می‌کند. مبدل‌های پیزوالکتریک در تست‌های غیر‌مخرب و در بسیاری از کاربرد‌ها که نیاز به اندازه‌گیری دقیق در حرکت یا نیرو دارند، استفاده می‌شود. در این کاربرد‌ها اثر پیزوالکتریک به صورت معکوس عمل می‌کند. در این حالت ولتاژی به ماده‌ی پیزوالکتریک اعمال می‌شود که باعث تغییر شکل در ماده‌ی پیزوالکتریک می‌گردد. این تغییر شکل که می‌تواند به صورت کشش یا فشار باشد، متناسب با ولتاژ اعمال‌شده است.
*محرک پیزوالکتریک (Piezoelectric Actuator)
اعمال ولتاژ الکتریکی به جسم پیزوالکتریک که سبب تغییر شکل در این جسم می‌شود و میزان این تغییر شکل به ولتاژ اعمالی و جهت آن بستگی دارد، به کاربرد پیزوالکتریک‌ها به عنوان محرک شناخته می‌شود. در واقع محرک‌های پیزوالکتریک شکلی از یک سیستم الکترومکانیک میکروکنترلی هستند که میدان الکتریکی اعمال‌شده به آن‌ها می‌تواند به حرکت‌هایی در ابعاد میکرومتر یا نانومتر تبدیل شود.
– حسگر ژیروسکوپ پیزوالکتریک: از این حسگر در تشخیص حرکات دست هنگام فیلمبرداری و عکس برداری توسط دوربین و سنجش سرعت زاویه‌ای و حرکات دورانی در هواپیما‌ها و انواع سیستم‌های متحرک استفاده می‌شود.
حسگر شتاب سنج پیزوالکتریک: این حسگر می‌تواند پارامتر‌های مکانیکی مانند شتاب، نوسان و لرزش را ثبت کند. حتما شتاب سنج به کار رفته در موبایل را که باعث چرخش صفحه هنگام چرخش موبایل می‌شود دیده‌اید. – حسگر‌های صوتی پیزوالکتریک: از مواد پیزوالکتریک برای تولید و آشکارسازی امواج صوتی در هوا (در بلندگوها، میکروفون‌ها) یا در آب استفاده می‌شود.
