الكهربائية الضغطية

درس كارل لينيوس وفرانز إيبينوس في منتصف القرن الثامن عشر التأثير الكهروحراري ، الذي تولد فيه المادة جهدًا كهربائيًا استجابةً لتغير درجة الحرارة. واستنادًا إلى هذه المعرفة، افترض كل من رينيه جوست هوي وأنطوان سيزار بيكريل وجود علاقة بين الإجهاد الميكانيكي والشحنة الكهربائية؛ إلا أن تجاربهما لم تكن حاسمة. ^{[ 14 ]}

أُجري أول عرض عملي للتأثير الكهروإجهادي المباشر عام 1880 على يد الأخوين بيير كوري وجاك كوري . ^{[ 7 ]} جمعا بين معرفتهما بالكهرباء الحرارية وفهمهما للبنية البلورية الأساسية التي تُنتج هذه الظاهرة، وذلك للتنبؤ بسلوك البلورات، وأثبتا هذا التأثير باستخدام بلورات التورمالين والكوارتز والتوباز وقصب السكر وملح روشيل ( طرطرات الصوديوم والبوتاسيوم رباعي الهيدرات). وقد أظهر الكوارتز وملح روشيل أعلى مستويات الكهروإجهاد.

مع ذلك، لم يتنبأ آل كوري بالتأثير الكهروإجهادي العكسي. فقد استنتج غابرييل ليبمان هذا التأثير رياضيًا من مبادئ الديناميكا الحرارية الأساسية عام 1881. ^{[ 15 ]} وسرعان ما أكد آل كوري وجود هذا التأثير العكسي، ^{[ 16 ]} ثم حصلوا على برهان كمي على إمكانية عكس التشوهات الكهروإجهادية المرنة الميكانيكية في البلورات الكهروإجهادية بشكل كامل.

على مدى العقود القليلة التالية، ظلت الكهروضغطية مجرد ظاهرة مخبرية مثيرة للاهتمام، على الرغم من أنها كانت أداة حيوية في اكتشاف البولونيوم والراديوم على يد بيير وماري كوري عام 1898. وقد بُذلت جهودٌ إضافية لاستكشاف وتحديد البنى البلورية التي تُظهر الكهروضغطية. وتُوِّجت هذه الجهود عام 1910 بنشر كتاب فولدمار فويغت " Lehrbuch der Kristallphysik " ( كتاب في فيزياء البلورات ) ^{[ 17 ]} ، الذي وصف فيه 20 فئة من البلورات الطبيعية القادرة على إظهار الكهروضغطية، وحدد بدقة ثوابت الكهروضغطية باستخدام تحليل الموتر .

كان أول تطبيق عملي للأجهزة الكهروإجهادية هو السونار ، الذي طُوّر لأول مرة خلال الحرب العالمية الأولى . وقد تفوقت الأجهزة الكهروإجهادية، التي تعمل بترددات فوق صوتية، على مذبذب فيسيندين السابق . في فرنسا عام 1917، طوّر بول لانجفين وزملاؤه كاشفًا فوق صوتيًا للغواصات . ^{[ 18 ]} يتكون الكاشف من محوّل طاقة مصنوع من بلورات كوارتز رقيقة مُلصقة بعناية بين لوحين فولاذيين، وميكروفون مائي لكشف الصدى المُرتد . من خلال بث نبضة عالية التردد من محوّل الطاقة، وقياس الزمن اللازم لسماع صدى الموجات الصوتية المرتدة عن جسم ما، يُمكن حساب المسافة إلى ذلك الجسم.

وجدت الأجهزة الكهروإجهادية استخداماتٍ واسعة في مجالاتٍ عديدة. فقد سهّلت خراطيش الفونوغراف الخزفية تصميم مشغلات الأسطوانات، وكانت رخيصة ودقيقة، مما جعل صيانتها أسهل وتصنيعها أقل تكلفة. كما أتاح تطوير محول الطاقة فوق الصوتي قياس اللزوجة والمرونة في السوائل والمواد الصلبة بسهولة، مما أدى إلى تقدمٍ هائل في أبحاث المواد. واستطاعت مقاييس الانعكاس الزمني فوق الصوتية (التي تُرسل نبضة فوق صوتية عبر المادة وتقيس الانعكاسات من العيوب) الكشف عن العيوب داخل الأجسام المعدنية والحجرية المصبوبة، مما حسّن من سلامة الهياكل.

خلال الحرب العالمية الثانية ، اكتشفت مجموعات بحثية مستقلة في الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي واليابان فئة جديدة من المواد الاصطناعية، تُعرف باسم المواد الكهروإجهادية ، والتي أظهرت ثوابت كهرضغطية أعلى بكثير من المواد الطبيعية. وقد أدى ذلك إلى أبحاث مكثفة لتطوير مواد تيتانات الباريوم، ولاحقًا تيتانات زركونات الرصاص، ذات خصائص محددة لتطبيقات معينة.

أحد الأمثلة البارزة على استخدام البلورات الكهروإجهادية طُوِّر في مختبرات بيل للهواتف . فبعد الحرب العالمية الأولى، قام فريدريك ر. لاك، الذي كان يعمل في قسم الهندسة بقسم الاتصالات اللاسلكية، بتطوير بلورة "AT cut"، وهي بلورة تعمل ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة. لم تكن بلورة لاك بحاجة إلى الملحقات الثقيلة التي كانت تُستخدم في البلورات السابقة، مما سهّل استخدامها في الطائرات. وقد مكّن هذا التطوير القوات الجوية للحلفاء من شنّ هجمات جماعية منسقة باستخدام أجهزة الراديو الخاصة بالطيران.

اقتصر تطوير الأجهزة والمواد الكهروضغطية في الولايات المتحدة على الشركات العاملة في هذا المجال، ويعود ذلك في الغالب إلى بداياته خلال الحرب، وحرصًا على تأمين براءات اختراع مربحة. وكانت المواد الجديدة هي أول ما طُوّر، حيث كانت بلورات الكوارتز أول مادة كهروضغطية تُستغل تجاريًا، لكن العلماء سعوا إلى إيجاد مواد ذات أداء أعلى. ورغم التقدم المحرز في المواد ونضوج عمليات التصنيع، لم ينمُ السوق الأمريكي بالسرعة نفسها التي نما بها السوق الياباني. وبسبب قلة التطبيقات الجديدة، عانى نمو صناعة الكهروضغطية في الولايات المتحدة.

في المقابل، تبادل المصنّعون اليابانيون معلوماتهم، متجاوزين بسرعة التحديات التقنية والتصنيعية، ومُنشئين أسواقًا جديدة. في اليابان، طوّر إسحاق كوجا قطعًا بلوريًا مستقرًا حراريًا . وقد أسفرت الجهود اليابانية في أبحاث المواد عن إنتاج مواد كهرضغطية تنافس المواد الأمريكية، ولكنها خالية من قيود براءات الاختراع الباهظة. وشملت أبرز التطورات اليابانية في مجال الكهرضغطية تصميمات جديدة لمرشحات كهرضغطية لأجهزة الراديو والتلفزيون ، وأجهزة تنبيه كهرضغطية، ومحولات صوتية يمكن توصيلها مباشرة بالدوائر الإلكترونية، بالإضافة إلى جهاز إشعال كهرضغطي يُولّد شرارات لأنظمة إشعال المحركات الصغيرة وولاعات شوايات الغاز، عن طريق ضغط قرص خزفي. كانت محولات الطاقة فوق الصوتية، التي تنقل الموجات الصوتية عبر الهواء، موجودة منذ فترة، ولكنها شهدت استخدامًا تجاريًا واسع النطاق لأول مرة في أجهزة التحكم عن بُعد للتلفزيون. تُركّب هذه المحولات الآن على العديد من طرازات السيارات كجهاز تحديد الموقع بالصدى ، مما يساعد السائق على تحديد المسافة بين السيارة وأي أجسام قد تكون في طريقه.

الكهروإجهادية الخطية هي التأثير المشترك لـ

• السلوك الكهربائي الخطي للمادة:

${\displaystyle \mathbf {D} ={\boldsymbol {\varepsilon }}\,\mathbf {E} \quad \ضمنا }$${\displaystyle \quad D_{i}=\sum _{j}\varepsilon _{ij}\,E_{j}\;}$

حيث D هي كثافة التدفق الكهربائي ^{[ 22 ] [ 23 ]} ( الإزاحة الكهربائية )، و ε هي السماحية (ثابت العزل الكهربائي للجسم الحر)، وE هي شدة المجال الكهربائي ، و${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {D} =0}$،${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =\mathbf {0} }$.

• قانون هوك للمواد المرنة الخطية:

${\displaystyle {\boldsymbol {S}}={\mathsf {s}}\,{\boldsymbol {T}}\quad \implies \quad S_{ij}=\sum _{k,\ell }s_{ijk\ell }\,T_{k\ell }\;}$

حيث S هو الانفعال الخطي ، و s هو الامتثال في ظروف قصر الدائرة، و T هو الإجهاد ، و

${\displaystyle \nabla \cdot {\boldsymbol {T}}=\mathbf {0} \,\,,\,{\boldsymbol {S}}={\frac {\nabla \mathbf {u} +\mathbf {u} \nabla }{2}},}$

حيث u هو متجه الإزاحة .

يمكن دمج هذه المعادلات في ما يسمى بالمعادلات المقترنة ، والتي يكون شكلها في حالة الإجهاد والشحنة كما يلي: ^{[ 24 ]}

$// }+\sum _{k}d_{ijk}^{t}\,E_{k},\\[6pt]\mathbf {D} &={\mathfrak {d}}\,{\boldsymbol {T}}+{\boldsymbol {\varepsilon }}\,\mathbf {E} &&\يتضمن \quad D_{i}=\sum _ {ي، ك} d_ {ijk}\،T_ {jk}+\sum _ {ي}\varepsilon _{ij}\،E_{j}،\end{محاذاة}}}$

أين${\displaystyle {\mathfrak {d}}}$يمثل موتر الكهروإجهاد، ويشير الرمز العلوي t إلى منقوله. نظرًا لتناظر${\displaystyle {\mathfrak {d}}}$،${\displaystyle d_{ijk}^{t}=d_{kji}=d_{kij}}$.

في شكل مصفوفة،

${\displaystyle {\begin{aligned}\{S\}&=\left[s^{E}\right]\{T\}+[d^{\mathrm {t} }]\{E\},\\[6pt]\{D\}&=[d]\{T\}+\left[\varepsilon ^{T}\right]\{E\},\end{aligned}}}$

حيث [ d ] هي مصفوفة التأثير الكهروإجهادي المباشر، و[ ^dt ] هي مصفوفة التأثير الكهروإجهادي العكسي. يشير الرمز E إلى مجال كهربائي صفري أو ثابت، ويشير الرمز T إلى مجال إجهاد صفري أو ثابت، بينما يشير الرمز t إلى منقولة المصفوفة .

لاحظ أن الموتر من الدرجة الثالثة${\displaystyle {\mathfrak {d}}}$يحوّل المتجهات إلى مصفوفات متناظرة. لا توجد موترات غير تافهة ثابتة الدوران تتمتع بهذه الخاصية، ولهذا السبب لا توجد مواد كهرضغطية متجانسة الخواص.

يمكن أيضًا كتابة معادلة الإجهاد والشحنة لمادة من فئة البلورات 4 مم (C _4v ) (مثل السيراميك الكهروإجهادي المستقطب مثل PZT رباعي الأضلاع أو BaTiO ₃ ) وكذلك فئة البلورات 6 مم على النحو التالي (ANSI IEEE 176):

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\begin{bmatrix}S_{1}\\S_{2}\\S_{3}\\S_{4}\\S_{5}\\S_{6}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}s_{11}^{E}&s_{12}^{E}&s_{13}^{E}&0&0&0\\s_{21}^{E}&s_{22}^{E}&s_{23}^{E}&0&0&0\\s_{31}^{E}&s_{32 }^{E}&s_{33}^{E}&0&0&0\\0&0&0&s_{44}^{E}&0&0\\0&0&0&0&s_{55}^{E}&0\\0&0&0&0&0&s_{66}^{E}=2\left(s_{11}^{E}-s_{12}^{E}\right)\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}T_{1}\\T_{2}\\T_{3}\\T_{4}\\T_{5}\\T_{6}\end{bm atrix}}+{\begin{bmatrix}0&0&d_{31}\\0&0&d_{32}\\0&0&d_{33}\\0&d_{24}&0\\d_{15}&0&0\\0&0&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}E_{1}\\E_{2}\\E_{3}\end{bmatrix}}\\[8pt]&{\begin{bmatrix}D_{1}\\D_{2}\\D_{3}\end{ bmatrix}}={\begin{bmatrix}0&0&0&0&d_{15}&0\\0&0&0&d_{24}&0&0\\d_{31}&d_{32}&d_{33}&0&0&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}T_{1}\\T_{2}\\T_{3}\\T_{4}\\T_{5}\\T_{6}\end{bmatrix}}+{\begin{bmatrix}{\varepsilon }_{11}&0&0\\0&{\varepsilon }_{22}&0\\0&0&{\varepsilon }_{33}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}E_{1}\\E_{2}\\E_{3}\end{bmatrix}}\end{aligned}}}$

حيث تمثل المعادلة الأولى العلاقة الخاصة بالتأثير الكهروإجهادي العكسي، بينما تمثل المعادلة الثانية العلاقة الخاصة بالتأثير الكهروإجهادي المباشر. ^{[ 25 ]}

على الرغم من أن المعادلات المذكورة أعلاه هي الصيغة الأكثر استخدامًا في المراجع، إلا أنه من الضروري توضيح بعض الرموز. عمومًا، D و E متجهان ، أي موترات ديكارتية من الرتبة 1؛ والسماحية ε موتر ديكارتي من الرتبة 2. من حيث المبدأ، الإجهاد والانفعال أيضًا موترات من الرتبة 2. ولكن اصطلاحًا، ولأن الإجهاد والانفعال موترات متناظرة، يمكن إعادة تسمية الدليل السفلي للإجهاد والانفعال على النحو التالي: 11 → 1؛ 22 → 2؛ 33 → 3؛ 23 → 4؛ 13 → 5؛ 12 → 6. (قد يستخدم مؤلفون مختلفون في المراجع اصطلاحات مختلفة. على سبيل المثال، يستخدم البعض 12 → 4؛ 23 → 5؛ 31 → 6 بدلًا من ذلك). لهذا السبب يبدو أن S و T لهما "صيغة متجهة" بستة مركبات. وبالتالي، يبدو أن s عبارة عن مصفوفة 6×6 بدلاً من موتر من الرتبة 3. يُطلق على هذا الترميز المُعاد تسميته غالبًا اسم _ترميز فويغت . أما ما إذا كانت مُركبات إجهاد القص S₄ _و S₅ _و S₆ مُركبات موتر أم إجهادات هندسية ، _فهذا سؤال آخر. في المعادلة أعلاه، يجب أن تكون إجهادات هندسية حتى يُكتب مُعامل 6,6 لمصفوفة الامتثال كما هو موضح، أي 2( _{sE₁₁ -} sE₁₂ ) . _{إجهادات القص} الهندسية _هي ضعف قيمة قص الموتر المُقابل ، مثل S₆ = ^2S₁₂ وهكذا. هذا يعني _أيضًا ^أن s₆ = 1 / G₁₂ ، حيث G₁₂ هو مُعامل القص .                        

إجمالاً، هناك أربعة معاملات كهرضغطية، وهي d _ij و e _ij و g _ij و h _ij ، والتي تُعرَّف على النحو التالي:

${\displaystyle {\begin{aligned}d_{ij}&={\phantom {+}}\left({\frac {\partial D_{i}}{\partial T_{j}}}\right)^{E}&&={\phantom {+}}\left({\frac {\partial S_{j}}{\partial E_{i}}}\right)^{T}\\[6pt]e_{ij}&={\phantom {+}}\left({\frac {\partial D_{i}}{\partial S_{j}}}\right)^{E}&&=-\left({\frac {\partial T_{j}}{\partial E_{i}}}\right)^{S}\\[6pt]g_{ij}&=-\left({\frac {\partial E_{i}}{\partial T_{j}}}\right)^{D}&&={\phantom {+}}\left({\frac {\partial S_{j}}{\partial D_{i}}}\right)^{T}\\[6pt]h_{ij}&=-\left({\frac {\partial E_{i}}{\partial S_{j}}}\right)^{D}&&=-\left({\frac {\partial T_{j}}{\partial D_{i}}}\right)^{S}\end{aligned}}}$

حيث تمثل المجموعة الأولى المكونة من أربعة حدود التأثير الكهروإجهادي المباشر، بينما تمثل المجموعة الثانية المكونة من أربعة حدود التأثير الكهروإجهادي العكسي. وتنشأ المساواة بين موتر الكهروإجهاد المباشر ومنقول موتر الكهروإجهاد العكسي من علاقات ماكسويل في الديناميكا الحرارية. ^{[ 26 ]} بالنسبة للبلورات الكهروإجهادية التي يكون استقطابها من النوع المستحث بواسطة المجال البلوري، فقد تم تطوير صيغة رياضية تسمح بحساب معاملات الكهروإجهاد d_{_ij} من ثوابت الشبكة الكهروستاتيكية أو ثوابت ماديلونغ ذات الرتبة الأعلى . ^{[ 19 ]}

• لانغاسيت ( _{La3Ga5SiO14 )} – بلورة _مشابهة للكوارتز​ 
• فوسفات الغاليوم (GaPO4 ₎ –  بلورة مشابهة للكوارتز
• نيوبات الليثيوم (LiNbO ₃ )
• تانتالات الليثيوم (LiTaO ₃ )
• كوارتز
• البرلينيت (AlPO4 ₎ –  معدن فوسفات نادر مطابق هيكليًا للكوارتز
• ملح روشيل
• يمكن على الأرجح عزو  الخاصية الكهروإجهادية في التوباز إلى ترتيب ذرات الفلور والهيدروكسيل (F,OH) في شبكته البلورية، والتي تتميز بتناظر مركزي: ثنائي الهرم المعيني القائم (mmm). يمتلك التوباز خصائص بصرية شاذة، تُعزى إلى هذا الترتيب. ^{[ 29 ]}
• التورمالين - معادن المجموعة
• تيتانات الرصاص (PbTiO ₃ )  - على الرغم من أنها توجد في الطبيعة كمعدن ماسيدونيت، ^{[ 30 ] [ 31 ]} يتم تصنيعها لأغراض البحث والتطبيقات.

يجب أن تكون الخزفيات ذات الحبيبات ذات التوجه العشوائي حديدية كهربائية لإظهار خاصية الكهروضغطية. ^{[ 32 ]} يؤثر حدوث نمو غير طبيعي للحبيبات (AGG) في الخزفيات الكهروضغطية متعددة البلورات الملبدة سلبًا على الأداء الكهروضغطي في هذه الأنظمة، ويجب تجنبه، حيث تميل البنية المجهرية في الخزفيات الكهروضغطية التي تُظهر نموًا غير طبيعي للحبيبات إلى أن تتكون من عدد قليل من الحبيبات الكبيرة المستطيلة بشكل غير طبيعي في مصفوفة من الحبيبات الدقيقة ذات التوجه العشوائي. من الممكن حدوث كهروضغطية ماكروسكوبية في المواد الكهروضغطية غير الحديدية الكهربائية متعددة البلورات ذات النسيج، مثل AlN وZnO. تُظهر عائلات الخزفيات ذات هياكل البيروفسكايت ، وبرونز التنجستن ، والهياكل ذات الصلة، خاصية الكهروضغطية.

• زركونات تيتانات الرصاص ( Pb [ Zr _x Ti _{1− x} ] O ₃ مع 0  ≤ x ≤ 1) - والمعروف باسم PZT، وهو السيراميك الكهروإجهادي الأكثر شيوعًا المستخدم اليوم.    
• نيوبات البوتاسيوم (KNbO ₃ ) ^{[ 33 ]}
• تنجستات الصوديوم (Na ₂ WO ₃ )
• Ba ₂ NaNb ₅ O ₅
• Pb ₂ KNb ₅ O ₁₅
• أكسيد الزنك (ZnO)  - بنية وورتزيت . في حين أن بلورات أكسيد الزنك الأحادية تُظهر خصائص كهرضغطية وكهروحرارية، فإن أكسيد الزنك متعدد البلورات (الخزفي) ذو الحبيبات عشوائية التوجيه لا يُظهر أيًا من هاتين الخاصيتين. ولأنه ليس حديديًا كهربائيًا، لا يمكن استقطاب أكسيد الزنك متعدد البلورات مثل تيتانات الباريوم أو PZT. قد تُظهر الخزفيات والأغشية الرقيقة متعددة البلورات من أكسيد الزنك خصائص كهرضغطية وكهروحرارية على المستوى العياني فقط إذا كانت ذات نسيج محدد (أي أن الحبيبات موجهة بشكل تفضيلي)، بحيث لا تتلاشى الاستجابات الكهرضغطية والكهروحرارية لجميع الحبيبات الفردية. ويتحقق ذلك بسهولة في الأغشية الرقيقة متعددة البلورات. ^{[ 25 ]}

• نيوبات الصوديوم والبوتاسيوم ((K,Na)NbO₃ ₎ . تُعرف هذه المادة أيضًا باسم NKN أو KNN. في عام 2004، اكتشف فريق من الباحثين اليابانيين بقيادة ياسويوشي سايتو تركيبة من نيوبات الصوديوم والبوتاسيوم ذات خصائص قريبة من خصائص PZT، بما في ذلك درجة حرارة كوري عالية _{. [} 34 ] ^{وقد أظهرت بعض} تركيبات هذه المادة احتفاظها بمعامل جودة ميكانيكية عالٍ ( Qm ≈ 900) مع ازدياد مستويات الاهتزاز، بينما يتدهور معامل الجودة الميكانيكية لـ PZT الصلب في مثل هذه الظروف. هذه الحقيقة تجعل NKN بديلاً واعدًا لتطبيقات الرنين عالية الطاقة، مثل المحولات الكهروإجهادية. ^{[ 35 ]}  
• فيريت البزموت (BiFeO ₃ )  - مرشح واعد لاستبدال السيراميك القائم على الرصاص.
• نيوبات الصوديوم ( _NaNbO3 )
• تيتانات الباريوم (BaTiO ₃ )  - كان تيتانات الباريوم أول سيراميك كهرضغطية تم اكتشافه.
• تيتانات البزموت ( _{Bi4Ti3O12 )}​_​​
• تيتانات الصوديوم والبزموت (NaBi(TiO ₃ ) ₂ )

يُمثل تصنيع الخزف الكهروإجهادي الخالي من الرصاص تحدياتٍ عديدة، من الناحية البيئية وقدرته على محاكاة خصائص نظائره المحتوية على الرصاص. فإزالة الرصاص من الخزف الكهروإجهادي تُقلل من خطر التسمم لدى الإنسان، إلا أن استخراج هذه المواد قد يُلحق الضرر بالبيئة. ^{[ 36 ]} يُظهر تحليل الأثر البيئي لـ PZT مقارنةً بنيوبات الصوديوم والبوتاسيوم (NKN أو KNN) أن KNN، وفقًا للمؤشرات الأربعة المُعتمدة (استهلاك الطاقة الأولية، والبصمة السمية، والمؤشر البيئي 99، وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من المدخلات والمخرجات)، أكثر ضررًا بالبيئة. تتركز معظم المخاوف المتعلقة بـ KNN، وتحديدًا مُكوّنه Nb₂O₅ _{، في المراحل الأولى من دورة} حياته قبل وصوله إلى المُصنّعين. ونظرًا لتركز الآثار الضارة في هذه المراحل المبكرة، يُمكن اتخاذ بعض الإجراءات للحد من هذه الآثار . إعادة الأرض إلى حالتها الأصلية قدر الإمكان بعد استخراج خامس أكسيد النيوبيوم (Nb₂O₅ _{) عبر} هدم السدود أو استبدال مخزون التربة الصالحة للاستخدام، من الوسائل المعروفة التي تُسهم في أي عملية استخراج. وللحد من تأثيرات تلوث الهواء، لا يزال من الضروري إجراء عمليات نمذجة ومحاكاة لفهم أساليب التخفيف المطلوبة فهمًا كاملًا. لم يتوسع استخراج مكونات السيراميك الكهروإجهادي الخالية من الرصاص إلى نطاق واسع حتى الآن، ولكن بناءً على التحليلات الأولية، ينصح الخبراء بتوخي الحذر فيما يتعلق بالتأثيرات البيئية.

يواجه تصنيع الخزف الكهروإجهادي الخالي من الرصاص تحديًا يتمثل في الحفاظ على أداء واستقرار نظيراته المحتوية على الرصاص. وبشكل عام، يتمثل التحدي الرئيسي في التصنيع في إنشاء " حدود الطور المورفوتروبية " (MPBs) التي تمنح المواد خصائصها الكهروإجهادية المستقرة دون إدخال "حدود الطور متعددة الأشكال" (PPBs) التي تقلل من استقرار المادة عند درجات الحرارة المختلفة. ^{[ 37 ]} يتم إنشاء حدود طور جديدة عن طريق تغيير تركيزات المواد المضافة بحيث تتقارب درجات حرارة التحول الطوري عند درجة حرارة الغرفة. يُحسّن إدخال حدود الطور المورفوتروبية الخصائص الكهروإجهادية، ولكن في حالة إدخال حدود الطور متعددة الأشكال، تتأثر المادة سلبًا بدرجة الحرارة. وتجري الأبحاث حاليًا للتحكم في نوع حدود الطور المُدخلة من خلال هندسة الطور، وانتشار التحولات الطورية، وهندسة النطاقات، والتعديل الكيميائي.

يمكن توليد جهد كهرضغطي في أي بلورة شبه موصلة، سواء كانت ضخمة أو نانوية التركيب، ذات تناظر غير مركزي، مثل مواد المجموعتين الثالثة والخامسة والثانية والسادسة ، وذلك نتيجة استقطاب الأيونات تحت تأثير الإجهاد والانفعال. هذه الخاصية مشتركة بين بنيتي الزنكبلند والوورتزيت . في التقريب الأول، يوجد معامل كهرضغطي مستقل واحد فقط في الزنكبلند ، يُسمى e14 _، مرتبط بمكونات القص للانفعال. أما في الوورتزيت ، فيوجد ثلاثة معاملات كهرضغطية مستقلة: e31 _و e33 و e15 . تُلاحظ أقوى خصائص الكهرضغطية في أشباه الموصلات التي توجد عادةً في بنية الوورتزيت ، مثل GaN و InN و AlN و ZnO (انظر: _{الإلكترونيات} الكهرضغطية ₎ .

منذ عام 2006، وردت أيضاً عدة تقارير عن تأثيرات كهرضغطية غير خطية قوية في أشباه الموصلات القطبية . ^{[ 38 ]} ومن المسلّم به عموماً أن هذه التأثيرات مهمة على الأقل، إن لم تكن من نفس رتبة المقدار للتقريب من الدرجة الأولى.

لا تُضاهي استجابة البوليمرات الكهروإجهادية استجابة السيراميك؛ ومع ذلك، تتمتع البوليمرات بخصائص لا يمتلكها السيراميك. على مدى العقود القليلة الماضية، دُرست البوليمرات الكهروإجهادية غير السامة وطُبقت نظرًا لمرونتها ومقاومتها الصوتية المنخفضة . ^{[ 39 ]} تشمل الخصائص الأخرى التي تجعل هذه المواد مهمة توافقها الحيوي ، وقابليتها للتحلل الحيوي ، وانخفاض تكلفتها، وانخفاض استهلاكها للطاقة مقارنةً بالمواد الكهروإجهادية الأخرى (السيراميك، وما إلى ذلك). ^{[ 40 ]}

يمكن تصنيف البوليمرات الكهروإجهادية إلى بوليمرات صلبة، وبوليمرات مشحونة ذات فراغات ("كهروإجهادية")، ومركبات بوليمرية. وتُعزى الاستجابة الكهروإجهادية التي تُلاحظ في البوليمرات الصلبة في الغالب إلى بنيتها الجزيئية. يوجد نوعان من البوليمرات الصلبة: غير متبلورة وشبه متبلورة . ومن أمثلة البوليمرات شبه المتبلورة: فلوريد البولي فينيليدين (PVDF) وبوليمراته المشتركة ، والبولي أميدات ، والباريلين-C. أما البوليمرات غير المتبلورة، مثل البولي إيميد وكلوريد البولي فينيليدين (PVDC)، فتُصنف ضمن البوليمرات الصلبة غير المتبلورة. وتُظهر البوليمرات المشحونة ذات الفراغات التأثير الكهروإجهادي نتيجة للشحنة المُستحثة بفعل استقطاب غشاء بوليمري مسامي. وتحت تأثير مجال كهربائي، تتشكل الشحنات على سطح الفراغات مُكوّنةً ثنائيات أقطاب. ويمكن أن تُسبب أي تشوهات في هذه الفراغات استجابات كهربائية. يمكن ملاحظة التأثير الكهروإجهادي أيضًا في المركبات البوليمرية عن طريق دمج جزيئات السيراميك الكهروإجهادية في غشاء بوليمري. ولا يشترط أن يكون البوليمر نشطًا كهروإجهاديًا ليكون مادة فعالة في المركبات البوليمرية. ^{[ 40 ]} في هذه الحالة، يمكن أن تتكون المادة من مصفوفة خاملة مع مكون نشط كهروإجهاديًا منفصل.

يُظهر البولي فينيليدين فلورايد (PVDF) خاصية كهرضغطية تفوق الكوارتز بعدة مرات. تبلغ الاستجابة الكهرضغطية المُلاحظة في PVDF حوالي 20-30 بيكوكولوم/نيوتن، أي أقل بخمس إلى خمسين مرة من تلك الخاصة بسيراميك زركونات تيتانات الرصاص الكهرضغطي (PZT). ^{[ 39 ] [ 40 ]} تصل درجة الحرارة المُستقرة للتأثير الكهرضغطي للبوليمرات في عائلة PVDF (مثل فينيليدين فلورايد كوبولي ثلاثي فلورو إيثيلين) إلى 125  درجة مئوية. من تطبيقات PVDF: مستشعرات الضغط، والميكروفونات المائية، ومستشعرات الموجات الصدمية. ^{[ 39 ]}

نظراً لمرونتها، اقتُرحت المواد المركبة الكهروضغطية كحاصدات للطاقة ومولدات نانوية. في عام 2018، أفاد تشو وآخرون بإمكانية  الحصول على استجابة كهروضغطية تبلغ حوالي 17 بيكوكولوم/نيوتن من مركب PDMS/PZT النانوي عند مسامية 60%. ^{[ 41 ]} وفي عام 2017، تم الإبلاغ عن مركب PDMS نانوي آخر، حيث دُمج BaTiO3 _في PDMS لصنع مولد نانوي شفاف قابل للتمدد للمراقبة الفسيولوجية ذاتية التشغيل. ^{[ 42 ]} وفي عام 2016، أُدخلت جزيئات قطبية في رغوة البولي يوريثان، حيث  سُجلت استجابات عالية تصل إلى 244 بيكوكولوم/نيوتن. ^{[ 43 ]}

تُظهر معظم المواد استجابات كهرضغطية، ولو ضعيفة. ومن الأمثلة البسيطة على ذلك السكروز (سكر المائدة)، والحمض النووي (DNA ) _، والبروتينات الفيروسية، بما في ذلك تلك الموجودة في العاثيات . ^{[ 44 ] [ 45 ]} وقد تم الإبلاغ عن مُشغِّل يعتمد على ألياف الخشب ( ألياف السليلوز ). ^{[ 40 ]} تبلغ استجابات D33 للبولي بروبيلين الخلوي حوالي 200 بيكوكولوم/نيوتن. ومن تطبيقات البولي بروبيلين الخلوي لوحات المفاتيح الموسيقية، والميكروفونات، وأنظمة تحديد الموقع بالصدى القائمة على الموجات فوق الصوتية. ^{[ 39 ]} ومؤخرًا، أظهر حمض أميني واحد، وهو بيتا-جليسين، استجابة كهرضغطية عالية تبلغ 178 بيكومتر/فولت ^{مقارنةً} بالمواد البيولوجية الأخرى. ^{[ 46 ]}

تم التعرف على السوائل الأيونية مؤخراً باعتبارها أول سائل كهرضغطي. ^{[ 47 ]}

يمكن أن تولد الخاصية الكهروإجهادية المباشرة لبعض المواد، مثل الكوارتز، فروق جهد تصل إلى آلاف الفولتات.

• أشهر استخداماتها هو ولاعة السجائر الكهربائية : عند الضغط على الزر، يضرب مطرقة زنبركية بلورة كهرضغطية، مما ينتج تيارًا كهربائيًا عالي الجهد يمر عبر فجوة شرارة صغيرة ، فيسخن الغاز ويشعله. تعمل أجهزة الإشعال المحمولة المستخدمة لإشعال مواقد الغاز بنفس الطريقة، والعديد من أنواع مواقد الغاز مزودة الآن بأنظمة إشعال كهرضغطية مدمجة.
• تُجري وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) في الولايات المتحدة أبحاثًا حول فكرة مماثلة في مشروع يُسمى " حصاد الطاقة" ، والذي يتضمن محاولة لتشغيل معدات ساحة المعركة باستخدام مولدات كهرضغطية مُدمجة في أحذية الجنود . مع ذلك، تُؤثر مصادر حصاد الطاقة هذه بطبيعتها على الجسم. وقد تخلت DARPA عن جهودها لتسخير 1-2  واط من تأثير الأحذية المستمر أثناء المشي نظرًا لعدم جدواها وعدم الراحة الناجمة عن الطاقة الإضافية التي يبذلها الشخص الذي يرتدي الأحذية. تشمل أفكار حصاد الطاقة الأخرى " مزرعة الحشود" ، التي تحصد الطاقة من حركات البشر في محطات القطارات أو غيرها من الأماكن العامة ^{[ 48 ] [ 49 ]} ، وتحويل حلبة رقص لتوليد الكهرباء. ^{[ 50 ]} كما يُمكن حصاد اهتزازات الآلات الصناعية بواسطة مواد كهرضغطية لشحن البطاريات كمصدر احتياطي أو لتشغيل المعالجات الدقيقة منخفضة الطاقة وأجهزة الراديو اللاسلكية. ^{[ 51 ] [ 52 ]}
• المحول الكهروإجهادي هو نوع من مُضاعِفات جهد التيار المتردد. على عكس المحول التقليدي الذي يستخدم الاقتران المغناطيسي بين المدخل والمخرج، يستخدم المحول الكهروإجهادي الاقتران الصوتي . يُطبَّق جهد دخل على طول قصير من قضيب مصنوع من مادة كهروإجهادية مثل PZT ، مما يُولِّد إجهادًا متناوبًا في القضيب بفعل التأثير الكهروإجهادي العكسي، ويتسبب في اهتزاز القضيب بأكمله. يُختار تردد الاهتزاز ليكون تردد الرنين للقضيب، والذي يتراوح عادةً بين 100 كيلوهرتز و1 ميجاهرتز. ثم يُولَّد جهد خرج أعلى على جزء آخر من القضيب بفعل التأثير الكهروإجهادي. وقد تم إثبات نسب رفع جهد تزيد عن 1000:1. ومن الميزات الإضافية لهذا المحول أنه، بتشغيله فوق تردد رنينه، يمكن جعله يبدو كحمل حثي ، وهو أمر مفيد في الدوائر التي تتطلب بدء تشغيل سلس ومتحكم فيه. ^{[ 53 ]} يمكن استخدام هذه الأجهزة في محولات التيار المستمر إلى التيار المتردد لتشغيل مصابيح الفلورسنت ذات الكاثود البارد . وتُعد محولات بيزو من أكثر مصادر الجهد العالي المدمجة.  

يعتمد مبدأ عمل المستشعر الكهروإجهادي على تحويل بُعد فيزيائي إلى قوة، يؤثر على وجهين متقابلين لعنصر الاستشعار. وبحسب تصميم المستشعر، يمكن استخدام "أنماط" مختلفة لتحميل العنصر الكهروإجهادي: الطولي، والعرضي، والقص.

يُعدّ رصد تغيرات الضغط على شكل صوت التطبيق الأكثر شيوعًا لأجهزة الاستشعار، مثل الميكروفونات الكهروإجهادية (حيث تُؤدي الموجات الصوتية إلى انحناء المادة الكهروإجهادية، مما يُحدث تغيرًا في الجهد) والميكروفونات الكهروإجهادية للغيتارات الصوتية الكهربائية . ويُعرف مستشعر الكهروإجهاد المُثبّت على جسم الآلة الموسيقية باسم ميكروفون التلامس .

تُستخدم أجهزة الاستشعار الكهروإجهادية بشكل خاص مع الصوت عالي التردد في محولات الطاقة فوق الصوتية للتصوير الطبي وأيضًا للاختبارات الصناعية غير المدمرة (NDT).

في العديد من تقنيات الاستشعار، يمكن للمستشعر أن يعمل كمستشعر ومُشغِّل في آنٍ واحد، وغالبًا ما يُفضَّل استخدام مصطلح "مُحوِّل طاقة " عندما يعمل الجهاز بهذه الوظيفة المزدوجة، ولكن معظم الأجهزة الكهروإجهادية تتمتع بخاصية الانعكاسية سواءً استُخدمت أم لا. على سبيل المثال، يمكن لمُحوِّلات الطاقة فوق الصوتية حقن موجات فوق صوتية في الجسم، واستقبال الموجة المُرتدة، وتحويلها إلى إشارة كهربائية (جهد). معظم مُحوِّلات الطاقة فوق الصوتية الطبية هي كهروإجهادية.

بالإضافة إلى ما ذُكر أعلاه، تشمل تطبيقات أجهزة الاستشعار والمحولات المختلفة ما يلي:

• تُستخدم العناصر الكهروإجهادية أيضًا في الكشف عن موجات السونار وتوليدها.
• تُستخدم المواد الكهروإجهادية في استشعار الميل أحادي المحور وثنائي المحور. ^{[ 55 ]}
• مراقبة الطاقة في التطبيقات عالية الطاقة (مثل العلاج الطبي، والكيمياء الصوتية ، والمعالجة الصناعية).
• تُستخدم الموازين الكهروإجهادية الدقيقة كمستشعرات كيميائية وبيولوجية حساسة للغاية.
• تُستخدم المواد الكهروإجهادية أحيانًا في مقاييس الإجهاد . ولكن في الغالب، يُستخدم عنصر التأثير الكهروإجهادي المقاوم .
• تم استخدام محول طاقة كهرضغطية في جهاز الاختراق الموجود على مسبار هيغنز .
• تُستخدم محولات الطاقة الكهروإجهادية في وسادات الطبول الإلكترونية للكشف عن تأثير عصي الطبال، وللكشف عن حركات العضلات في قياس تسارع العضلات الطبي .
• تستخدم أنظمة إدارة محركات السيارات محولات كهرضغطية للكشف عن طرق المحرك (مستشعر الطرق، KS)، المعروف أيضًا باسم الانفجار، عند ترددات هرتزية محددة. كما يُستخدم محول كهرضغطي في أنظمة حقن الوقود لقياس الضغط المطلق في مشعب السحب (مستشعر MAP) لتحديد حمل المحرك، وبالتالي تحديد مدة تشغيل حاقنات الوقود بالمللي ثانية.
• تُستخدم مستشعرات بيزو فوق الصوتية في الكشف عن الانبعاثات الصوتية في اختبار الانبعاثات الصوتية .
• يمكن استخدام محولات الطاقة الكهروإجهادية في عدادات التدفق فوق الصوتية التي تعتمد على زمن العبور .

بما أن المجالات الكهربائية العالية جدًا لا تتطلب سوى تغييرات طفيفة في عرض البلورة، فإنه يمكن تغيير هذا العرض بدقة تفوق الميكرومتر ، مما يجعل بلورات البيزو الأداة الأهم لتحديد مواقع الأجسام بدقة متناهية، ومن هنا يأتي استخدامها في المحركات . ^{[ 56 ]} تسمح الخزفيات متعددة الطبقات، التي تستخدم طبقات أرق من 100 ميكرومتر ، بالوصول إلى مجالات كهربائية عالية بجهد أقل من 150 فولت . تُستخدم هذه الخزفيات في نوعين من المحركات: محركات البيزو المباشرة ومحركات البيزو المُضخّمة . في حين أن شوط المحرك المباشر عادةً ما يكون أقل من 100 ميكرومتر ، يمكن لمحركات البيزو المُضخّمة أن تصل إلى أشواط بالمليمتر.

• مكبرات الصوت : يتم تحويل الجهد الكهربائي إلى حركة ميكانيكية لغشاء معدني.
• تستخدم عملية التنظيف بالموجات فوق الصوتية عادةً عناصر كهرضغطية لإنتاج موجات صوتية مكثفة في السوائل.
• المحركات الكهروضغطية : تُطبّق العناصر الكهروضغطية قوةً موجهةً على محور ، مما يؤدي إلى دورانه. ونظرًا للمسافات الصغيرة للغاية التي تتحرك فيها، يُعتبر المحرك الكهروضغطي بديلاً عالي الدقة للمحرك الخطوي .
• يمكن استخدام العناصر الكهروإجهادية في محاذاة مرايا الليزر ، حيث تُستغل قدرتها على تحريك كتلة كبيرة (حامل المرآة) لمسافات مجهرية لمحاذاة بعض مرايا الليزر إلكترونيًا. ومن خلال التحكم الدقيق في المسافة بين المرايا، تستطيع إلكترونيات الليزر الحفاظ بدقة على الظروف البصرية داخل تجويف الليزر لتحسين خرج الشعاع.
• ومن التطبيقات ذات الصلة جهاز التعديل الصوتي البصري ، وهو جهاز يشتت الضوء عن الموجات الصوتية في بلورة، يتم توليدها بواسطة عناصر كهرضغطية. وهذا مفيد لضبط تردد الليزر بدقة.
• تستخدم مجاهر القوة الذرية ومجاهر المسح النفقي خاصية الكهروإجهاد العكسي لإبقاء إبرة الاستشعار قريبة من العينة. ^{[ 57 ]}
• طابعات نفث الحبر : في العديد من طابعات نفث الحبر، تُستخدم البلورات الكهروإجهادية لدفع قذف الحبر من رأس الطباعة باتجاه الورق.
• محركات الديزل : تستخدم محركات الديزل عالية الأداء ذات نظام الحقن المباشر للوقود حاقنات وقود كهرضغطية ، والتي طورتها شركة روبرت بوش المحدودة لأول مرة، بدلاً من أجهزة الصمامات اللولبية الأكثر شيوعًا .
• التحكم النشط في الاهتزاز باستخدام مشغلات مكبرة.
• مصاريع الأشعة السينية .
• منصات XY للمسح المجهري المستخدمة في كاميرات الأشعة تحت الحمراء.
• نقل المريض بدقة داخل أجهزة التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي النشطة حيث يمنع الإشعاع القوي أو المغناطيسية استخدام المحركات الكهربائية. ^{[ 58 ]}
• تُستخدم سماعات الأذن الكريستالية أحيانًا في أجهزة الراديو القديمة أو ذات الطاقة المنخفضة.
• يمكن تحقيق الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة للتسخين الموضعي أو إنشاء تجويف موضعي ، على سبيل المثال، في جسم المريض أو في عملية كيميائية صناعية.
• شاشة برايل قابلة للتحديث . يتم توسيع بلورة صغيرة عن طريق تطبيق تيار كهربائي يحرك ذراعًا لرفع خلايا برايل الفردية.
• المحرك الكهروإجهادي. يتم تمدد بلورة واحدة أو عدد من البلورات عن طريق تطبيق جهد كهربائي لتحريك آلية أو نظام والتحكم فيه. ^{[ 56 ]}
• تُستخدم المحركات الكهروإجهادية لتحديد المواقع بدقة في محركات الأقراص الصلبة. ^{[ 59 ] [ 60 ]}

تُعد الخصائص الكهروإجهادية للكوارتز مفيدة كمعيار للتردد .

• تستخدم ساعات الكوارتز مذبذبًا بلوريًا مصنوعًا من بلورة كوارتز، يعتمد على مزيج من الكهروإجهاد المباشر والعكسي لتوليد سلسلة من النبضات الكهربائية المنتظمة التي تُستخدم لتحديد الوقت. تتميز بلورة الكوارتز (كأي مادة مرنة ) بتردد طبيعي محدد بدقة (ناتج عن شكلها وحجمها) تتذبذب عنده بشكل مفضل ، ويُستخدم هذا التردد لتثبيت تردد الجهد الدوري المطبق على البلورة.
• يُستخدم المبدأ نفسه في بعض أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية ، وفي أجهزة الكمبيوتر حيث يُولّد نبضة ساعة . ويستخدم كلاهما عادةً مُضاعِف تردد للوصول إلى نطاقات الجيغاهرتز.

تشمل أنواع المحركات الكهروإجهادية ما يلي:

• المحرك فوق الصوتي المستخدم للتركيز التلقائي في الكاميرات العاكسة
• محركات دودة القياس للحركة الخطية
• محركات مستطيلة رباعية الأرباع ذات كثافة طاقة عالية (2.5 واط / سم ³ ) وسرعة تتراوح من 10 نانومتر/ثانية إلى 800 ملم/ثانية.   
• محرك بيزو متدرج، يستخدم تأثير الاحتكاك الانزلاقي .

باستثناء محرك الخطوة الانزلاقي، تعمل جميع هذه المحركات وفق المبدأ نفسه. فبفضل نمطي اهتزاز متعامدين بفارق طور 90 درجة، تهتز نقطة التلامس بين سطحين في مسار بيضاوي ، مُولِّدةً قوة احتكاك بينهما. عادةً ما يكون أحد السطحين ثابتًا، مما يُؤدي إلى حركة الآخر. في معظم المحركات الكهروإجهادية، تُثار البلورة الكهروإجهادية بإشارة موجة جيبية عند تردد رنين المحرك. وباستخدام تأثير الرنين، يُمكن استخدام جهد أقل بكثير لإنتاج سعة اهتزاز عالية.

يعمل محرك الانزلاق والالتصاق باستخدام قصور الكتلة واحتكاك المشبك. يمكن أن تكون هذه المحركات صغيرة جدًا. يُستخدم بعضها لتحريك مستشعر الكاميرا، مما يسمح بوظيفة منع الاهتزاز.

تُجري فرق بحثية مختلفة دراساتٍ حول طرق الحدّ من الاهتزازات في المواد عن طريق تثبيت عناصر كهرضغطية عليها. فعندما تنحني المادة بفعل اهتزاز في اتجاهٍ ما، يستجيب نظام الحدّ من الاهتزازات لهذا الانحناء، ويرسل طاقةً كهربائيةً إلى العنصر الكهرضغطي لينحني في الاتجاه المعاكس. كما دُرست تطبيقات هذه التقنية على الهياكل المرنة، كالأغلفة والصفائح، لما يقارب ثلاثة عقود. ^{[ 61 ]}

الجراحة الكهرضغطية ^{[ 62 ]} هي تقنية طفيفة التوغل تهدف إلى قطع النسيج المستهدف مع الحد الأدنى من الضرر للأنسجة المجاورة. على سبيل المثال، يستخدم هوين وآخرون ^{[ 63 ]} ترددات تتراوح بين 25 و29  كيلوهرتز، مما يُحدث اهتزازات دقيقة تتراوح بين 60 و210  ميكرومتر. تتميز هذه التقنية بقدرتها على قطع الأنسجة المُتكلسة دون المساس بالأنسجة العصبية الوعائية والأنسجة الرخوة الأخرى، وبالتالي الحفاظ على منطقة جراحية خالية من الدم، وتحسين الرؤية، وزيادة الدقة. ^{[ 64 ]}

في عام ٢٠١٩، طوّر بيرناس-سالومون وشموئيل طريقة تجانس ديناميكية، كانا من خلالها أول من أظهر أن المواد الكهروإجهادية المركبة تُظهر اقترانًا فعالًا بين الزخم الخطي والمجال الكهربائي، وهو ما أطلقوا عليه اسم اقتران الزخم الكهربائي. ^{[ ٦٥ ]} ولأن المواد الكهروإجهادية المتجانسة لا تُظهر هذا الاقتران، فإن هذه المواد المركبة تنتمي إلى فئة المواد الفائقة - وهي أوساط اصطناعية مصممة لإظهار خصائص فعالة استثنائية، سواء من حيث المقدار أو النوع. ^{[ ٦٦ ]} يُشابه اقتران الزخم الكهربائي اقتران ويليس في المواد المركبة المرنة، والذي يربط الزخم الخطي بالانفعال، وقد اكتشفه جيه آر ويليس. ^{[ ٦٧ ] [ ٦٨ ] [ ٦٩ ]} ينشأ الجزء المحلي من هذه الاقترانات - مثل الاقتران الكهروإجهادي - من التناظرات المكسورة. ^{[ 70 ] [ 71 ]} توفر المواد الكهروإجهادية الفائقة ذات اقتران الزخم الكهربائي آليةً للتحكم في الموجات تشبه اقتران ويليس: فهي تُحدث إزاحة طورية تعتمد على الاتجاه، مما يُمكّن من تشكيل جبهة الموجة، مع ميزة إضافية تتمثل في إمكانية الضبط الكهربائي. ^{[ 70 ]}