Che cos'è l'elettrostrizione?
Quando un campo elettrico viene applicato a un isolante elettrico, tale isolante potrebbe deformarsi o cambiare forma in qualche modo. Questa proprietà dell'isolante elettrico è chiamata elettrostrizione. In particolare, l'elettrostrizione è l'accoppiamento tra deformazione e campo elettrico, o tra deformazione e polarizzazione; questo accoppiamento avviene solo quando un campo elettrico viene applicato al materiale. I materiali elettrostrittivi possono essere utilizzati per costruire attuatori, che possono essere utilizzati nei circuiti di controllo in cui è richiesta una piccola quantità di forza per accendere il circuito. Questi materiali reagiscono anche molto rapidamente ai campi elettrici, il che li rende adatti ai circuiti di controllo ad alta velocità.
L'elettrostrizione si verifica in alcuni materiali che sono cattivi conduttori di corrente elettrica. Quando viene applicato un differenziale di tensione ai materiali elettrostrittivi, questi materiali subiscono un temporaneo cambiamento di forma. I materiali elettrostrittivi cambiano forma a causa dell'attrazione elettrostatica delle cariche libere sugli elettrodi applicati al materiale elettrostrittivo.
I materiali elettrostrittivi sono diversi dai materiali magnetici in quanto i materiali elettrostrittivi non invertiranno la direzione della deformazione se il campo elettrico viene invertito. A differenza della magnetostrizione, che è di natura lineare, è necessario utilizzare equazioni quadratiche per calcolare le forze al lavoro in elettrostrizione. Questa proprietà non lineare dell'elettrostrizione consente ai materiali elettrostrittivi di esibire una risposta di deformazione riproducibile ai campi elettrici senza le perdite di isteresi - e il conseguente calore residuo - che i materiali magnetici producono.
Un attuatore elettrostrittivo è spesso realizzato con materiali polimerici elettrostrittivi. Ogni polimero presenta elettrostrizione in modo diverso. Ad esempio, i polimeri siliconici possono presentare elevate prestazioni di deformazione rispetto ad altri polimeri elettrostrittivi.
Un polimero con elevate prestazioni di deformazione è più adatto a un ambiente in cui la deformazione meccanica potrebbe rappresentare un problema rispetto a un polimero con basse prestazioni di deformazione. Altri polimeri elettrostrittivi - come il poliuretano - sono in grado di produrre più forza nelle stesse condizioni elettriche rispetto ad altri polimeri. Tale polimero consente di convertire più energia elettrica in ingresso in lavoro meccanico.
I materiali elettrostrittivi hanno un'alta velocità di risposta - spesso inferiore a 10 millisecondi - quando un campo elettrico viene applicato al materiale. I materiali elettrostrittivi a risposta rapida possono essere utilizzati in dispositivi meccanici ed elettromeccanici che richiedono tempi di risposta del circuito ultraveloci, come strumenti di precisione. I materiali elettrostrittivi sono spesso utilizzati in applicazioni meccaniche come dispositivi di regolazione dei microangoli, servovalvole di pressione dell'olio e trasduttori piezoelettrici regolabili sul campo.