Ključna razlika med piezoelektričnim piroelektrikom in feroelektrikom je v tem, da je piezoelektrični učinek generiranje površinskega naboja kot odziv na uporabo zunanjih pritiskov na material, vendar je piroelektrični učinek sprememba spontane polarizacije material kot odziv na spremembo temperature. Medtem ko je feroelektrični učinek sprememba površinskega naboja kot odgovor na spremembo spontane polarizacije.
Piezoelektrični, piroelektrični in feroelektrični so trije izrazi, ki jih uporabljamo za opisovanje električnih lastnosti trdnih materialov. Ti trije učinki se med seboj razlikujejo glede na odzive, ki jih prikažejo na podlagi sprememb v njihovih drugih lastnostih.
Kaj je piezoelektrični?
Piezoelektričnost se nanaša na lastnost določenih trdnih materialov, kjer lahko ti materiali kopičijo električni naboj ob mehanski obremenitvi. Z drugimi besedami, nanaša se na elektriko, ki izhaja iz tlaka in latentne toplote. Ta izraz izvira iz grščine, kjer piezin pomeni stiskanje ali stiskanje, elektron pa jantar (zgodnji vir električnega naboja). Ta lastnost se imenuje piezoelektričnost in materiali, ki kažejo to lastnost, vključujejo kristale, nekatere keramike in biološke snovi, kot so kosti, DNK in različni proteini.
Običajno lahko piezoelektrični učinek povzroči linearno elektromehansko interakcijo med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih, ki nimajo inverzijske simetrije. Poleg tega je ta učinek reverzibilen, saj lahko materiali, ki lahko pokažejo piezoelektrični učinek, pokažejo tudi obraten učinek (gre za ustvarjanje mehanske napetosti, ki izvira iz uporabljenega električnega polja).
Slika 01: Generiranje napetosti s piezoelektričnim diskom ob deformaciji
Narava piezoelektričnega učinka je zelo podobna naravi električnega dipolnega momenta v trdnih snoveh. Z lahkoto lahko izračunamo dipolno gostoto ali polarizacijo tako, da seštejemo dipolne momente na prostornino kristalografske enotske celice. Običajno se sosednji dipoli nagibajo k poravnavi v regijah, imenovanih Weissove domene. Ta postopek poravnave se imenuje poliranje, kjer se na materiale pri povišanih temperaturah uporabi močno električno polje. Vendar vseh piezoelektričnih materialov ni mogoče polirati.
Kaj je piroelektrično?
Piroelektrični pomeni, da imajo nekateri kristali veliko električno polje zaradi naravne električne polarizacije. Z drugimi besedami, to je sposobnost nekaterih trdnih snovi, da ustvarijo začasno napetost pri segrevanju ali ohlajanju. Ta izraz izvira iz grškega pomena; pyr pomeni "ogenj" in "elektrika". Spremembe temperaturnih pogojev lahko nekoliko spremenijo položaje atomov v kristalni strukturi in spremenijo polarizacijo materiala. Ta sprememba polarizacije lahko povzroči napetost v kristalu. Vendar piezoelektrično polje, ki se enkrat ustvari, počasi izgine zaradi toka uhajanja. Do tega uhajanja pride zaradi gibanja elektronov skozi kristal, gibanja ionov skozi zrak in toka, ki uhaja skozi voltmeter, ki je pritrjen na kristal.
Slika 02: Piroelektrični senzor
Piroelektrični učinek nastane zaradi stanj električne in toplotne energije, ki ne proizvajajo vrednosti kinetične energije. Nasprotno pa se piezoelektrični učinek pojavi zaradi kinetične energije in električne energije, ki ne proizvaja toplote. Piroelektrični materiali so trdi in kristali. Lahko pa obstaja tudi nekaj mehkih materialov, ki so narejeni z uporabo elektretov.
Kaj je feroelektrik?
Feroelektričnost se nanaša na lastnost nekaterih materialov, ki imajo spontano električno polarizacijo, ki je reverzibilna z uporabo zunanjih električnih polj. Običajno so vsi feroelektrični materiali piroelektrični, vendar ima dodatno lastnost reverzibilne naravne električne polarizacije. Izraz feroelektrik izvira iz feromagnetizma, ki je bil odkrit pred odkritjem feroelektrike.
Ta vrsta materiala je uporabna pri izdelavi kondenzatorjev zaradi svoje nelinearne narave. Običajno ti kondenzatorji vsebujejo par elektrod, ki sestavljajo plast feroelektričnega materiala. Poleg tega spontana polarizacija feroelektričnih materialov pomeni histerezni učinek, kjer ga lahko uporabimo v spominski funkciji. Poleg tega so feroelektrični kondenzatorji uporabni pri izdelavi feroelektričnega RAM-a.
Kakšna je razlika med piezoelektričnim piroelektrikom in feroelektrikom?
Izrazi piezoelektrični, piroelektrični in feroelektrični učinek se nanašajo na električne lastnosti trdnih materialov. Ključna razlika med piezoelektričnim piroelektrikom in feroelektrikom je, da je piezoelektrični učinek ustvarjanje površinskega naboja kot odziv na uporabo zunanjega stresa na material. Medtem je piroelektrični učinek sprememba spontane polarizacije materiala kot odziv na spremembo temperature. Medtem ko je feroelektrični učinek sprememba spontane polarizacije, ki povzroči spremembo površinskega naboja.
Naslednja infografika predstavlja razlike med piezoelektričnim piroelektrikom in feroelektrikom v obliki tabele za vzporedno primerjavo.
Povzetek – piezoelektrični proti piroelektrični proti feroelektrični
Piezoelektrični učinek je generiranje površinskega naboja kot odziv na uporabo zunanjih pritiskov na material, medtem ko je piroelektrični učinek sprememba spontane polarizacije materiala kot odziv na spremembo temperature. Feroelektrični učinek je sprememba površinskega naboja kot odgovor na spremembo spontane polarizacije. To je torej ključna razlika med piezoelektričnim piroelektrikom in feroelektrikom.
