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压电材料的种类很多，但最早发现的压电晶体是石英。以石英为例来说明这些材料如何表现出这种独特的特性。通过切割和压缩晶体，您可以测量切片上的电压，但前提是切割角度合适。要了解切割角的重要性，我们需要看一下石英的晶格结构。起初，晶体的结构看起来很复杂，但当它直角旋转时，它就变成了熟悉的六边形。
首先，我们需要了解一个叫做电负性的概念。石英由氧原子和硅原子组成，氧原子和硅原子共用一个电子。氧对电子的作用力比硅强，因为氧原子很小并且共享靠近氧核的电子。因此，氧比硅具有更高的电负性，并带有轻微的负电荷。这意味着硅原子带有轻微的正电荷。氧和硅原子一起形成晶体偶极子。
这些偶极子首尾相连，形成上面的六边形。这个六边形不是正六边形，而是排列成负原子的电荷中心与正原子的电荷中心重合。如果用红色表示负电荷，用黄色表示正电荷，在未压缩的晶体中，红色和黄色完美重叠，形成中性绿色。当对分子施加压缩力时，电荷中心不匹配。这称为极化，也意味着在净正电荷和负电荷之间产生电场，在其上产生一个小电压，就像一个小电池一样。当对整个石英施加应力时，会出现许多串联和并联的小电池，从而输出更高的电压。
一般来说，只要满足一定的条件，任何晶体都可以是压电材料。它需要一定程度的不对称性，否则，装药的平均位置在压缩过程中不会改变，在石英中，六边形的对角线上有不同类型的原子。
