Ключевое различие между пьезоэлектрическим пироэлектриком и сегнетоэлектриком заключается в том, что пьезоэлектрический эффект - это генерация поверхностного заряда в ответ на приложение внешнего напряжения к материалу, а пироэлектрический эффект - это изменение спонтанной поляризации материала в ответ на изменение температуры. Тогда как сегнетоэлектрический эффект представляет собой изменение поверхностного заряда в ответ на изменение спонтанной поляризации.
Пьезоэлектрик, пироэлектрик и сегнетоэлектрик - три термина, которые мы используем для описания электрических свойств твердых материалов. Эти три эффекта отличаются друг от друга в зависимости от реакции, которую они отображают в зависимости от изменений, внесенных в другие их свойства.
Что такое пьезоэлектрический?
Пьезоэлектрический относится к свойству определенных твердых материалов, когда эти материалы могут накапливать электрический заряд при приложении механического напряжения. Другими словами, это относится к электричеству, возникающему в результате давления и скрытой теплоты. Этот термин происходит от греческого слова, где пьезин означает сжимать или давить, а электрон означает янтарь (ранний источник электрического заряда). Это свойство называется пьезоэлектричеством, и к материалам, проявляющим это свойство, относятся кристаллы, определенная керамика и биологические вещества, такие как кости, ДНК и различные белки..
Как правило, пьезоэлектрический эффект может приводить к линейному электромеханическому взаимодействию между механическим и электрическим состояниями в кристаллических материалах, не имеющих инверсионной симметрии. Более того, этот эффект является обратимым, поскольку материалы, которые могут проявлять пьезоэлектрический эффект, также могут демонстрировать обратный эффект (это механическое напряжение, возникающее из-за приложенного электрического поля).
Рисунок 01: Генерация напряжения пьезоэлектрическим диском при деформации
Природа пьезоэлектрического эффекта очень похожа на природу электрического дипольного момента в твердых телах. Мы можем легко рассчитать дипольную плотность или поляризацию, суммируя дипольные моменты на объем элементарной кристаллографической ячейки. Обычно соседние диполи имеют тенденцию выравниваться в областях, называемых доменами Вейсса. Этот процесс выравнивания называется поляризацией, когда к материалам прикладывается сильное электрическое поле при повышенных температурах. Однако не все пьезоэлектрические материалы могут быть поляризованы.
Что такое пироэлектрический?
Пироэлектрический означает свойство определенных кристаллов иметь большое электрическое поле из-за естественной электрической поляризации. Другими словами, это способность определенных твердых тел генерировать временное напряжение при нагревании или охлаждении. Этот термин происходит от греческого значения; пир означает «огонь» и «электричество». Изменения температурных условий могут незначительно изменить положение атомов в кристаллической структуре и изменить поляризацию материала. Это изменение поляризации может привести к возникновению напряжения на кристалле. Однако пьезоэлектрическое поле, которое когда-то возникает, медленно исчезает из-за тока утечки. Эта утечка происходит из-за движения электронов через кристалл, движения ионов через воздух и утечки тока через вольтметр, прикрепленный к кристаллу.
Рисунок 02: Пироэлектрический датчик
Пироэлектрический эффект возникает из-за состояний электрической и тепловой энергии, которые не создают значения кинетической энергии. Напротив, пьезоэлектрический эффект возникает за счет кинетической энергии и электрической энергии, не выделяющей тепла. Пироэлектрические материалы твердые и кристаллические. Но могут быть и некоторые мягкие материалы, изготовленные с использованием электретов.
Что такое сегнетоэлектрик?
Сегнетоэлектрик относится к свойству некоторых материалов иметь спонтанную электрическую поляризацию, которая обратима при приложении внешних электрических полей. Обычно все сегнетоэлектрические материалы являются пироэлектрическими, но они обладают дополнительным свойством обратимой естественной электрической поляризации. Термин сегнетоэлектрик происходит от ферромагнетизма, который был открыт до открытия сегнетоэлектричества.
Материал этого типа полезен при изготовлении конденсаторов из-за его нелинейной природы. Как правило, эти конденсаторы содержат пару электродов, между которыми находится слой ферроэлектрического материала. Более того, спонтанная поляризация сегнетоэлектрических материалов подразумевает эффект гистерезиса, где мы можем использовать его в функции памяти. Кроме того, сегнетоэлектрические конденсаторы используются при изготовлении сегнетоэлектрической оперативной памяти.
В чем разница между пьезоэлектрическим пироэлектриком и сегнетоэлектриком?
Термины пьезоэлектрический, пироэлектрический и сегнетоэлектрический эффект относятся к электрическим свойствам твердых материалов. Ключевое различие между пьезоэлектрическим пироэлектриком и сегнетоэлектриком заключается в том, что пьезоэлектрический эффект представляет собой генерацию поверхностного заряда в ответ на приложение внешнего напряжения к материалу. Между тем пироэлектрический эффект - это изменение спонтанной поляризации материала в ответ на изменение температуры. Принимая во внимание, что сегнетоэлектрический эффект - это изменение спонтанной поляризации, которое приводит к изменению поверхностного заряда.
На следующей инфографике представлены различия между пьезоэлектрическими пироэлектриками и сегнетоэлектриками в табличной форме для параллельного сравнения.
Резюме – Пьезоэлектрические, пироэлектрические и сегнетоэлектрические
Пьезоэлектрический эффект - это генерация поверхностного заряда в ответ на приложение внешнего напряжения к материалу, а пироэлектрический эффект - это изменение спонтанной поляризации материала в ответ на изменение температуры. Сегнетоэлектрический эффект представляет собой изменение поверхностного заряда в ответ на изменение спонтанной поляризации. Таким образом, в этом ключевое различие между пьезоэлектриком, пироэлектриком и сегнетоэлектриком.
