ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — возникновение разности потенциалов (поляризация) на поверхности вещества-диэлектрика под действием механических напряжений, или деформаций (прямой пьезоэлектрический эффект), либо возникновение механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). П. я. возникают в диэлектриках с упорядоченным расположением атомов или молекул. К ним относятся так наз. сегнетоэлектрики (сегнетова соль, титанат бария и др.). Известно св. 1500 веществ, обладающих пьезоэлектрическими свойствами.

На пьезоэлектрическом эффекте основано получение ультразвука в ультразвуковых генераторах, а также конструкции различных устройств, нашедших широкое применение в мед. практике (см. Ультразвук).

Природа П. я. заключается в относительном смещении атомов в кристаллической ячейке и деформации электронных оболочек, а в веществах органического происхождения (костная ткань, сухожилия и др.) — в преимущественной ориентации молекулярных электрических диполей (см. Поляризация).

Величина электрического момента поляризации (Р) характеризуется поверхностной плотностью электрических зарядов и количественно описывается выражением:

P = σα + ε₀nE,

где σ — механическое напряжение, α — коэффициент пьезоэлектрической деформации, E — напряженность электрического поля, ε₀ — диэлектрическая проницаемость, n — диэлектрическая восприимчивость материала.

П. я. свойственны костной ткани, сухожилиям, коже и мышцам. Установлено, что П. я. связаны со структурной организацией биол, тканей: механические напряжения → возникновение электрических зарядов → укладка коллагеновых фибрилл → управление активностью клеток → структурные изменения в кости.

Предполагают, что П. я. важны для жизнедеятельности тканей. В частности, предложена гипотеза механизма формирования кости, по к-рой рост костной ткани регулируется пьезоэлектрическим эффектом, зависящим от распределения механических напряжений. В. Ф. Чепель (1977) объясняет механизм возникновения электрических зарядов (механизм пьезоэлектрической поляризации) в коллагеновых волокнах поворотом диполей пептидных участков молекулы коллагена под действием механических напряжений. С пьезоэлектрическим эффектом связывают механизм заживления переломов. В опытах на кроликах и собаках было показано, что регенерация костной ткани в месте перелома убыстряется под действием отрицательного электрода, вживляемого в месте перелома; в области положительного электрода имеет место рассасывание костной ткани.

Библиография: Желудев И. С. Физика кристаллических диэлектриков, М., 1968; Киттель Ч. Введение в физику твердого тела, пер. с англ., с. 509, М., 1978; М э з о и У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике, пер. с англ., М., 1952; Ч е п е л ь В. Ф. Исследование пьезоэлектричества кости при воздействии ультразвуком, Биофизика, в. 5, с. 936, 1977; Sham os М. a. Lavine L. S. Piezoelectricity as а fundamental property of biological tissues, Nature (Lond.), v. 213, p. 267, 1967.

В. В. Лаврентьев.