Põhiline erinevus piesoelektrilise püroelektrilise ja ferroelektrilise vahel on see, et piesoelektriline efekt on pinnalaengu tekitamine vastuseks materjalile välise pinge rakendamisele, kuid püroelektriline efekt seisneb materjali spontaanses polarisatsioonis muutumises. materjal vastuseks temperatuurimuutusele. Ferroelektriline efekt on aga pinnalaengu muutus vastusena spontaanse polarisatsiooni muutumisele.
Piesoelektriline, püroelektriline ja ferroelektriline on kolm terminit, mida me kasutame tahkete materjalide elektriliste omaduste kirjeldamiseks. Need kolm efekti erinevad üksteisest vastav alt vastustele, mida nad kuvavad nende muudes omadustes tehtud muudatuste põhjal.
Mis on piesoelektriline?
Piesoelektriline viitab teatud tahkete materjalide omadusele, kus need materjalid võivad mehaanilise pinge mõjul elektrilaengu koguda. Teisisõnu viitab see rõhust ja varjatud kuumusest tulenevale elektrile. See termin pärineb kreeka keelest, kus piezin tähendab pigistamist või pressimist ja elektron tähendab merevaigu (varajane elektrilaengu allikas). Seda omadust nimetatakse piesoelektrilisuseks ja seda omadust näitavad materjalid hõlmavad kristalle, teatud keraamikat ja bioloogilisi aineid, nagu luud, DNA ja mitmesugused valgud.
Tavaliselt võib piesoelektriline efekt viia lineaarse elektromehaanilise interaktsioonini mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel kristalsetes materjalides, millel puudub inversioonisümmeetria. Lisaks on see efekt pöörduv, kuna materjalid, mis võivad avaldada piesoelektrilist efekti, võivad avaldada ka vastupidist efekti (see on mehaanilise pinge tekitamine, mis tuleneb rakendatud elektriväljast).
Joonis 01: Piesoelektrilise ketta pinge tekitamine deformatsioonil
Piesoelektrilise efekti olemus on väga sarnane tahkete ainete elektrilise dipoolmomendi omaga. Dipooli tiheduse või polarisatsiooni saab hõlpsasti arvutada, liites dipoolmomendid kristallograafilise ühiku elemendi ruumala kohta. Tavaliselt kalduvad naaberdipoolid joonduma piirkondades, mida nimetatakse Weissi domeenideks. Seda joondusprotsessi nimetatakse poleerimiseks, kus materjalidele rakendatakse kõrgel temperatuuril tugev elektriväli. Siiski ei saa kõiki piesoelektrilisi materjale poleerida.
Mis on püroelektriline?
Püroelektriline tähendab, et teatud kristallide omadusel on loomuliku elektrilise polarisatsiooni tõttu suur elektriväli. Teisisõnu, see on teatud tahkete ainete võime tekitada kuumutamisel või jahutamisel ajutist pinget. See termin pärineb kreekakeelsest tähendusest; pyr tähendab "tuld" ja "elekter". Temperatuuritingimuste muutused võivad veidi muuta aatomite asukohti kristallstruktuuris ja see muudab materjali polarisatsiooni. See polarisatsiooni muutus võib põhjustada pinget üle kristalli. Kunagi tekkiv piesoelektriline väli aga kaob lekkevoolu tõttu aeglaselt. See leke on tingitud elektronide liikumisest läbi kristalli, ioonide liikumisest läbi õhu ja voolu lekkimise tõttu läbi kristalli kinnitatud voltmeetri.
Joonis 02: püroelektriline andur
Püroelektriline efekt tekib elektri- ja soojusenergia olekute tõttu, mis ei tekita kineetilist energiaväärtust. Seevastu piesoelektriline efekt tekib kineetilise energia ja elektrienergia tõttu, mis ei tooda soojust. Püroelektrilised materjalid on kõvad ja kristalsed. Kuid võib olla ka pehmeid materjale, mis on valmistatud elektreetidest.
Mis on Ferroelectric?
Ferroelektriline viitab teatud materjalide omadusele, millel on spontaanne elektriline polarisatsioon, mis on pöörduv väliste elektriväljade rakendamise kaudu. Tavaliselt on kõik ferroelektrilised materjalid püroelektrilised, kuid sellel on täiendav omadus pööratav loomulik elektriline polarisatsioon. Termin ferroelektriline tuleneb ferromagnetismist, mis avastati enne ferroelektri avastamist.
Seda tüüpi materjal on kasulik kondensaatorite valmistamisel nende mittelineaarse olemuse tõttu. Tavaliselt sisaldavad need kondensaatorid paari elektroode, mis ühendavad ferroelektrilise materjali kihi. Veelgi enam, ferroelektriliste materjalide spontaanne polarisatsioon tähendab hüstereesiefekti, kus saame seda mälufunktsioonis kasutada. Lisaks on ferroelektrilised kondensaatorid kasulikud ferroelektrilise muutmälu loomisel.
Mis vahe on piesoelektrilisel püroelektrilisel ja ferroelektrilisel?
Mõisted piesoelektriline, püroelektriline ja ferroelektriline efekt viitavad tahkete materjalide elektrilistele omadustele. Peamine erinevus piesoelektrilise püroelektrilise ja ferroelektrilise vahel on see, et piesoelektriline efekt on pinnalaengu tekitamine vastuseks materjalile välise pinge rakendamisele. Samal ajal on püroelektriline efekt materjali spontaanse polarisatsiooni muutus vastusena temperatuurimuutusele. Ferroelektriline efekt on aga spontaanse polarisatsiooni muutus, mille tulemuseks on pinnalaengu muutumine.
Järgmine infograafik esitab kõrvuti võrdlemiseks tabelina erinevusi piesoelektriliste püroelektriliste ja ferroelektriliste vahel.
Kokkuvõte – piesoelektriline vs püroelektriline vs ferroelektriline
Piesoelektriline efekt on pinnalaengu tekitamine vastuseks materjalile välisele pingele, samas kui püroelektriline efekt on materjali spontaanse polarisatsiooni muutus vastusena temperatuurimuutusele. Ferroelektriline efekt on pinnalaengu muutus vastusena spontaanse polarisatsiooni muutumisele. Seega on see peamine erinevus piesoelektrilise püroelektrilise ja ferroelektrilise vahel.
