Vad är elektrostriktion?

När ett elektriskt fält appliceras på en elektrisk isolator kan den isolatorn deformeras eller ändra form på något sätt. Denna egenskap hos den elektriska isolatorn kallas elektrostriktion. Specifikt är elektrostriktion kopplingen mellan töjning och elektriskt fält, eller mellan töjning och polarisation; denna koppling sker endast när ett elektriskt fält appliceras på materialet. Elektrostriktiva material kan användas för att konstruera ställdon, som kan användas i styrkretsar där en liten mängd kraft krävs för att slå på kretsen. Dessa material reagerar också mycket snabbt på elektriska fält, vilket gör dessa material lämpliga för höghastighetsstyrkretsar.

Elektrostriktion uppstår i vissa material som är dåliga ledare av elektrisk ström. När en spänningsskillnad appliceras på elektrostriktiva material genomgår dessa material en tillfällig formförändring. Material som är elektrostriktiva ändrar form på grund av den elektrostatiska attraktionen av fria laddningar på elektroderna som appliceras på det elektrostriktiva materialet.

Elektrostriktiva material skiljer sig från magnetiska material genom att elektrostriktiva material inte kommer att vända riktningen för deformationen om det elektriska fältet vänds. Till skillnad från magnetostriktion, som är linjär till sin natur, är det nödvändigt att använda andragradsekvationer för att beräkna krafterna som verkar vid elektrostriktion. Denna olinjära egenskap hos elektrostriktion tillåter de elektrostriktiva materialen att uppvisa ett reproducerbart töjningssvar på elektriska fält utan de förluster till hysteres – och den resulterande spillvärmen – som magnetiska material producerar.

Ett elektrostriktivt manöverdon är ofta tillverkat av elektrostriktiva polymermaterial. Varje polymer uppvisar elektrostriktion på olika sätt. Till exempel kan silikonpolymerer uppvisa hög töjningsprestanda jämfört med andra elektrostriktiva polymerer.

En polymer som har hög töjningsprestanda är bättre lämpad för en miljö där mekanisk töjning kan vara ett problem än en polymer med låg töjningsprestanda. Andra elektrostriktiva polymerer – såsom polyuretan – kan producera mer kraft under samma elektriska förhållanden än andra polymerer. En sådan polymer tillåter att mer av den ingående elektriska energin omvandlas till mekaniskt arbete.

Elektrostriktiva material har en hög svarshastighet – ofta mindre än 10 millisekunder – när ett elektriskt fält appliceras på materialet. Snabbreagerande elektrostriktiva material kan användas i mekaniska och elektromekaniska enheter som kräver ultrasnabba kretssvarstider, såsom precisionsinstrument. Elektrostriktiva material används ofta i mekaniska applikationer såsom mikrovinkeljusteringsanordningar, oljetrycksservoventiler och fältjusterbara piezoelektriska givare.