Piezoelektrik etki, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak bir elektrik yükü ürettiği olgusunu ifade eder. Tersine, bu malzemeler aynı zamanda bir elektrik alanına maruz kaldıklarında da deforme olurlar. Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine (ve tersi) dönüştürmenin bu ikili yeteneği, piezoelektrik etki olarak bilinir. Kristallerde, seramiklerde ve bazı biyolojik materyallerde meydana gelir ve bunların çeşitli teknolojik uygulamalarda sensör, aktüatör ve dönüştürücü olarak hareket etmelerini sağlar.
Piezoelektrik etki, belirli malzemeler mekanik olarak gerildiğinde veya deforme olduğunda elektrik yükü veya voltajın oluşması olarak tanımlanır. Bu etki ilk olarak 1880 yılında Pierre Curie ve Jacques Curie tarafından keşfedildi ve ilk olarak mekanik basınca maruz kaldığında elektrik polarizasyonu sergileyen kuvars gibi kristallerde gözlemlendi. Bu fenomen, piezoelektrik malzemelerin kristal yapısındaki asimetri nedeniyle ortaya çıkar ve mekanik enerjiyi elektrik enerjisine ve bunun tersini yüksek verimlilikle dönüştürmelerine olanak tanır.
Piezoelektriklik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü üretme yeteneğini içerir. Piezoelektrikliğin bir örneği kuvars saatlerde kullanılan kuvars kristallerinde bulunur. Bu cihazlarda, kristale uygulanan mekanik basınç veya stres, kristalin hafifçe deforme olmasına neden olarak yüzeyleri boyunca küçük bir elektrik yükü oluşturur. Bu şarj daha sonra saatin zaman işleyişi devresine güç sağlamak veya çalışmasını harici bir frekans standardı ile senkronize etmek için kullanılır. Kuvars kristallerinin hassas ve güvenilir frekans kararlılığı, onları doğruluğun çok önemli olduğu zaman işleyişi ve elektronik uygulamalarda kullanım için ideal kılar.
Piezoelektrik cihaz, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine veya tam tersini dönüştürmek için piezoelektrik etkiyi kullanan herhangi bir cihazdır. Bu cihazlar kuvars gibi piezoelektrik malzemelerden, kurşun zirkonat titanat (PZT) gibi seramiklerden veya belirli polimerlerden yapılmıştır. Örnekler arasında endüstriyel uygulamalarda basıncı, kuvveti veya ivmeyi tespit etmek için kullanılan piezoelektrik sensörler ve mikroelektromekanik sistemlerde (MEMS) hareketi veya titreşimi hassas bir şekilde kontrol etmek için kullanılan piezoelektrik aktüatörler yer alır. Piezoelektrik cihazlar ayrıca tıbbi ultrason görüntülemede, titreşimlerden enerji toplamada ve akustik dönüştürücülerde de kullanılır.
Piezoelektrikliğin arkasındaki fizik, piezoelektrik malzemelerin kristal yapısında yatmaktadır. Bu malzemelerin sentrosimetrik olmayan bir kristal kafesi vardır, bu da onların pozitif ve negatif yüklerinin simetrik olarak dağılmadığı anlamına gelir. Böyle bir malzemeye mekanik stres uygulandığında, kristal kafes içindeki pozitif ve negatif yüklerin yer değiştirmesine neden olur, bu da bir elektrik dipol momentine ve bir elektrik alanının oluşmasına neden olur. Tersine, malzemeye bir elektrik alanı uygulandığında, elektrik dipollerinin yeniden hizalanmasından dolayı mekanik deformasyona neden olur. Mekanik stres ile elektrik polarizasyonu arasındaki bu bağlantı, piezoelektrikliğin temelini oluşturur ve sensörlerden aktüatörlerden enerji hasadı ve tıbbi cihazlara kadar çeşitli alanlarda uygulanmasına olanak tanır.