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. Nello specifico, l’elettrostrizione è l’accoppiamento tra deformazione e campo elettrico, o tra deformazione e polarizzazione; questo accoppiamento avviene solo quando viene applicato un campo elettrico 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 attivare il circuito. Questi materiali reagiscono anche molto rapidamente ai campi elettrici, il che li rende adatti per circuiti di controllo ad alta velocità.
L’elettrostrizione si verifica in alcuni materiali che sono cattivi conduttori di corrente elettrica. Quando un differenziale di tensione viene applicato a materiali elettrostrittivi, questi materiali subiscono un temporaneo cambiamento di forma. I materiali che sono 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 invertono 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 che agiscono nell’elettrostrizione. Questa proprietà non lineare dell’elettrostrizione consente ai materiali elettrostrittivi di esibire una risposta di deformazione riproducibile ai campi elettrici senza le perdite per isteresi – e il conseguente calore di scarto – che i materiali magnetici producono.
Un attuatore elettrostrittivo è spesso realizzato con materiali polimerici elettrostrittivi. Ogni polimero mostra l’elettrostrizione in modo diverso. Ad esempio, i polimeri di silicone potrebbero 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 essere 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. Un tale polimero consente di convertire una parte maggiore dell’energia elettrica in ingresso in lavoro meccanico.
I materiali elettrostrittivi hanno un’elevata velocità di risposta, spesso inferiore a 10 millisecondi, quando viene applicato un campo elettrico 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 gli strumenti di precisione. I materiali elettrostrittivi sono spesso utilizzati in applicazioni meccaniche come dispositivi di regolazione del microangolo, servovalvole per la pressione dell’olio e trasduttori piezoelettrici sintonizzabili sul campo.