压电效应（Piezoelectric Effect）是一种将机械能转换为电能或电能转换为机械能的物理效应。这种效应最早由法国物理学家皮埃尔·居里（Pierre Curie）和雅克·居里（Jacques Curie）在1880年首次发现。他们观察到一些晶体（如石英、硼酸钠等）在受到机械应力（例如压力或拉伸）时，会产生电荷，这种电荷的大小与施加的机械应力成正比。
基于这一原理，压电器件被发明出来，如压电传感器和压电振动器等。压电传感器常用于测量压力、加速度、力等物理量，而压电振动器则可用于声音的发声和控制，应用领域非常广泛，包括声波传感、医学成像、无线通信等。压电效应的发现和应用对于科学技术的发展有着深远的影响，为人类创造了许多重要的工具和应用。
压电效应的发现（1880年 – 1882年）
1880年，皮埃尔和雅克·居里首次实验性地展示了宏观压电现象与晶体结构之间的联系。他们的实验包括对特制晶体（如电气石、石英、黄玉和甘蔗糖等）施加机械应力后在表面上产生的电荷进行了确定性测量。使用的仪器简单，仅包括锡箔、胶水、电线、磁铁和珠宝锯。科学界迅速认识到这一发现的重要性，将其命名为“压电效应”，以区别于其他电学现象如“接触电”（由摩擦产生的静电）和“热电效应”（晶体加热时产生的电）。
居里兄弟认为在给定的晶体中，电效应和机械应力之间存在一对一的对应关系，并且利用这种对应关系选择了实验中的晶体，并确定了这些晶体的切割方式。他们的实验验证了这一预测，这一预测是从他们对热电效应的理解中推导出来的。
然而，两兄弟没有预测到表现出直接压电效应的晶体也会表现出反压电效应。这一特性是由利普曼于1881年从基本热力学原理中推导出来的。居里兄弟随后证实了“反效应”的存在，并继续通过实验证明了压电晶体中电-弹性-机械形变的完全可逆性。
压电效应的理论成熟（1882年 – 1917年）
经过两年在欧洲科学界的互动，压电应用科学的核心得到确立：识别压电晶体的不对称晶体结构，以及电能和机械能的可逆交换，以及利用热力学量化复杂关系的实用性。
在接下来的25年里（直至1910年），压电效应的核心发展成了一个多功能且完整的框架，该框架定义了压电效应发生的20种天然晶体类别，并使用适当的量化分析对晶体固体进行了严格的热力学处理，定义了所有18种可能的宏观压电系数。1910年，福伊特出版了《晶体物理学教科书》，成为了一个标准参考作品，体现了已经达成的理解。
压电器件的首次开发与应用发生在第一次世界大战期间。1917年，Paul Langevin和法国同事开发了一种超声波潜艇探测器。他们的换能器是由薄石英晶片粘合在两个钢板之间并安装在适合浸泡的外壳中。装置通过测量回波的返回时间来测量深度的目标。从此以后，声纳换能器、电路、系统和材料的发展从未停止。
第一代天然晶体应用（1920年 – 1940年）
声纳的成功催生了各种压电器件的密集开发活动，无论是谐振还是非谐振的。这些活动包括：
1、开发兆赫石英谐振器，用作真空管振荡器的频率稳定器，使其稳定度增加了十倍。
2、基于超声波传播开发了一种新的材料测试方法，首次使人类能够相对轻松地确定液体和气体的弹性和粘性属性，以及在固体金属结构构件中检测到以前无法看见的缺陷。甚至成功演示了声全息技术。
3、开拓了新的瞬态压力测量范围，使得研究爆炸物和内燃机，以及许多之前无法测量的振动、加速度和冲击成为可能。
我们熟悉的大多数经典压电应用（例如麦克风、加速度计、超声波换能器、弯曲元件执行器、留声机拾音器、信号滤波器等）都被构想出来。值得注意的是，当时可用的材料限制了商业利用。
第二代压电晶体应用（1940年 – 1965年）
第二次世界大战期间，在美国、日本和苏联，一些孤立的研究小组致力于改进电容器材料，他们发现某些陶瓷材料（通过烧结金属氧化物粉末制备）的介电常数比普通的切割晶体高出100倍。同类材料（称为铁电材料）也被发现可以表现出类似的压电性能。易于制造的、性能惊人的陶瓷压电材料的发现自然引发了对压电器件的激烈研究。
这个阶段的材料科学进步主要集中在钛酸钡（Barium Titanium Trioxide，BaTiO3）家族和锆钛酸铅（Lead Zirconium Titanate，PZT）家族的压电陶瓷。通过向这两个家族的材料中掺杂金属杂质来实现所需性质，如介电常数、刚度、压电耦合系数、极化的便捷性等。这些进步推动建立了一种全新的压电器件开发方法 – 即根据特定应用定制材料。
日本和现代晶振和压电技术的发展（1965年 – 1980年 – 至今）
对材料研究的持续努力创造了新的压电陶瓷家族，并且没有专利的限制。日本制造商迅速开发了几种类型的压电陶瓷信号滤波器，解决并满足了电视、广播和通信设备市场上出现的需求。日本制造商还开发了用于天然气/丁烷器具的压电陶瓷点火器。
随着时间的推移，这些产品的市场继续增长。最值得注意的是音频蜂鸣器（如烟雾报警器）、空气超声波换能器（如电视遥控器）以及使用表面声波效应实现高频信号过滤的SAW滤波器设备。
日本晶振和压电技术的商业成功引起了许多国家工业界的注意，并促使他们努力开发成功的压电陶瓷产品。目前固态震动是最最重要的一个研究领域，基于固体声波（声表面波SAW和体声波BAW）的研发正在推动着世界通信领域的发展和变革。
Work Consulted and Further Readings:
[1] Curie, Jacques and Curie, Pierre (1880). “Development, via compression, of electric polarization in hemihedral crystals with inclined faces,” Bulletin de la Societe de Minerologique de France, 3: 90-93.
[2] Curie, Jacques, and Curie, Pierre (1881). “Contractions and expansions produced by voltages in hemihedral crystals with inclined faces,” Comptes Rendus 93: 1137-1140.
[3] This month in Physics history. (n.d.). https://www.aps.org/publications/apsnews/201403/physicshistory.cfm
