Klíčový rozdíl mezi piezoelektrickým pyroelektrickým a feroelektrickým jevem je ten, že piezoelektrický efekt je generování povrchového náboje v reakci na aplikaci vnějšího napětí na materiál, ale pyroelektrický efekt je změna ve spontánní polarizaci materiálu. materiál v reakci na změnu teploty. Zatímco feroelektrický jev je změna povrchového náboje v reakci na změnu spontánní polarizace.
Piezoelektrické, pyroelektrické a feroelektrické jsou tři termíny, které používáme k popisu elektrických vlastností pevných materiálů. Tyto tři efekty se od sebe liší podle odpovědí, které zobrazují na základě změn provedených v jejich ostatních vlastnostech.
Co je piezoelektrika?
Piezoelektrikum označuje vlastnost určitých pevných materiálů, kdy tyto materiály mohou akumulovat elektrický náboj při aplikaci mechanického namáhání. Jinými slovy, odkazuje na elektřinu vyplývající z tlaku a latentního tepla. Tento výraz pochází z řečtiny, kde piezin znamená stlačit nebo stisknout a elektron znamená jantar (první zdroj elektrického náboje). Tato vlastnost se nazývá piezoelektřina a materiály vykazující tuto vlastnost zahrnují krystaly, určitou keramiku a biologickou hmotu, jako jsou kosti, DNA a různé proteiny.
Piezoelektrický jev může typicky vést k lineární elektromechanické interakci mezi mechanickým a elektrickým stavem v krystalických materiálech bez inverzní symetrie. Navíc je tento efekt reverzibilní, protože materiály, které mohou vykazovat piezoelektrický efekt, mohou také vykazovat opačný efekt (je to generování mechanického napětí, které pochází z aplikovaného elektrického pole).
Obrázek 01: Generování napětí piezoelektrickým diskem při deformaci
Povaha piezoelektrického jevu je velmi podobná elektrickému dipólovému momentu v pevných látkách. Můžeme snadno vypočítat dipólovou hustotu nebo polarizaci sečtením dipólových momentů na objem krystalografické základní buňky. Obvykle mají sousední dipóly tendenci se zarovnávat v oblastech nazývaných Weissovy domény. Tento proces zarovnání se nazývá pólování, kde je silné elektrické pole aplikováno napříč materiály při zvýšených teplotách. Všechny piezoelektrické materiály však nelze pólovat.
Co je pyroelektrické?
Pyroelektrický znamená, že vlastnost určitých krystalů má velké elektrické pole v důsledku přirozené elektrické polarizace. Jinými slovy, je to schopnost určitých pevných látek generovat dočasné napětí při zahřívání nebo chlazení. Tento výraz pochází z řeckého významu; pyr znamená „oheň“a „elektřina“. Změny teplotních podmínek mohou mírně změnit polohy atomů v krystalové struktuře a mění polarizaci materiálu. Tato změna polarizace může způsobit vznik napětí na krystalu. Avšak jednou vytvořené piezoelektrické pole pomalu mizí v důsledku unikajícího proudu. K tomuto úniku dochází v důsledku pohybu elektronů přes krystal, pohybu iontů vzduchem a úniku proudu přes voltmetr, který je připevněn přes krystal.
Obrázek 02: Pyroelektrický senzor
Pyroelektrický efekt nastává v důsledku stavů elektrické a tepelné energie, které nevytvářejí hodnotu kinetické energie. Naproti tomu piezoelektrický jev nastává díky kinetické energii a elektrické energii, která neprodukuje teplo. Pyroelektrické materiály jsou tvrdé a krystaly. Ale mohou existovat i některé měkké materiály, které jsou vyrobeny pomocí elektretů.
Co je feroelektrika?
Ferroelektrické označuje vlastnost určitých materiálů, které mají spontánní elektrickou polarizaci, která je reverzibilní aplikací vnějších elektrických polí. Obvykle jsou všechny feroelektrické materiály pyroelektrické, ale mají další vlastnost reverzibilní přirozené elektrické polarizace. Termín feroelektrika pochází z feromagnetismu, který byl objeven před objevem feroelektriky.
Tento typ materiálu je užitečný při výrobě kondenzátorů kvůli jejich nelineární povaze. Typicky tyto kondenzátory obsahují pár elektrod, které sendvičují vrstvu feroelektrického materiálu. Navíc spontánní polarizace feroelektrických materiálů implikuje hysterezní efekt, kdy ji můžeme využít v paměťové funkci. Kromě toho jsou feroelektrické kondenzátory užitečné při výrobě feroelektrické paměti RAM.
Jaký je rozdíl mezi piezoelektrickým pyroelektrickým a feroelektrickým?
Pojmy piezoelektrický, pyroelektrický a feroelektrický jev se týkají elektrických vlastností pevných materiálů. Klíčový rozdíl mezi piezoelektrickým pyroelektrikem a feroelektrikem je ten, že piezoelektrický efekt je generování povrchového náboje v reakci na aplikaci vnějšího napětí na materiál. Mezitím je pyroelektrický efekt změna spontánní polarizace materiálu v reakci na změnu teploty. Zatímco feroelektrický jev je změna ve spontánní polarizaci, která má za následek změnu povrchového náboje.
Následující infografika představuje rozdíly mezi piezoelektrickým pyroelektrickým a feroelektrickým v tabulkové formě pro srovnání vedle sebe.
Shrnutí – Piezoelektrické vs. Pyroelektrické vs Ferroelektrické
Piezoelektrický efekt je generování povrchového náboje v reakci na působení vnějšího napětí na materiál, zatímco pyroelektrický efekt je změna ve spontánní polarizaci materiálu v reakci na změnu teploty. Feroelektrický jev je změna povrchového náboje v reakci na změnu spontánní polarizace. Toto je klíčový rozdíl mezi piezoelektrickým pyroelektrickým a feroelektrickým.
