Kľúčový rozdiel medzi piezoelektrickým pyroelektrickým a feroelektrickým efektom je ten, že piezoelektrický efekt je generovanie povrchového náboja v reakcii na aplikáciu vonkajšieho napätia na materiál, ale pyroelektrický efekt je zmena spontánnej polarizácie materiál v reakcii na zmenu teploty. Zatiaľ čo feroelektrický efekt je zmena povrchového náboja v reakcii na zmenu spontánnej polarizácie.
Piezoelektrické, pyroelektrické a feroelektrické sú tri pojmy, ktoré používame na opis elektrických vlastností pevných materiálov. Tieto tri efekty sa od seba líšia podľa odpovedí, ktoré zobrazujú na základe zmien vykonaných v ich iných vlastnostiach.
Čo je piezoelektrické?
Piezoelektrikum označuje vlastnosť určitých pevných materiálov, kde tieto materiály môžu akumulovať elektrický náboj pri pôsobení mechanického namáhania. Inými slovami, vzťahuje sa na elektrinu, ktorá je výsledkom tlaku a latentného tepla. Tento výraz pochádza z gréčtiny, kde piezin znamená stlačiť alebo stlačiť a elektron znamená jantár (prvý zdroj elektrického náboja). Táto vlastnosť sa nazýva piezoelektrina a materiály vykazujúce túto vlastnosť zahŕňajú kryštály, určitú keramiku a biologickú hmotu, ako sú kosti, DNA a rôzne proteíny.
Piezoelektrický efekt môže zvyčajne viesť k lineárnej elektromechanickej interakcii medzi mechanickým a elektrickým stavom v kryštalických materiáloch, ktoré nemajú inverznú symetriu. Okrem toho je tento efekt reverzibilný, pretože materiály, ktoré môžu vykazovať piezoelektrický efekt, môžu vykazovať aj opačný efekt (je to generovanie mechanického napätia, ktoré pochádza z aplikovaného elektrického poľa).
Obrázok 01: Generovanie napätia piezoelektrickým diskom pri deformácii
Povaha piezoelektrického javu je veľmi podobná elektrickému dipólovému momentu v pevných látkach. Môžeme ľahko vypočítať dipólovú hustotu alebo polarizáciu sčítaním dipólových momentov na objem kryštalografickej základnej bunky. Zvyčajne majú susedné dipóly tendenciu zarovnávať sa v oblastiach nazývaných Weissove domény. Tento proces zarovnania sa nazýva poling, kde sa na materiály pri zvýšených teplotách aplikuje silné elektrické pole. Všetky piezoelektrické materiály však nemožno pólovať.
Čo je pyroelektrické?
Pyroelektrický znamená, že vlastnosť určitých kryštálov má veľké elektrické pole v dôsledku prirodzenej elektrickej polarizácie. Inými slovami, je to schopnosť určitých pevných látok generovať dočasné napätie pri zahrievaní alebo ochladzovaní. Tento výraz pochádza z gréckeho významu; pyr znamená „oheň“a „elektrina“. Zmeny teplotných podmienok môžu mierne zmeniť polohy atómov v kryštálovej štruktúre a zmeniť polarizáciu materiálu. Táto zmena polarizácie môže spôsobiť vznik napätia cez kryštál. Piezoelektrické pole, ktoré sa raz vytvorí, však pomaly mizne v dôsledku unikajúceho prúdu. K tomuto úniku dochádza v dôsledku pohybu elektrónov cez kryštál, pohybu iónov vzduchom a úniku prúdu cez voltmeter, ktorý je pripevnený cez kryštál.
Obrázok 02: Pyroelektrický senzor
Pyroelektrický efekt vzniká v dôsledku stavov elektrickej a tepelnej energie, ktoré nevytvárajú hodnotu kinetickej energie. Naproti tomu piezoelektrický efekt vzniká v dôsledku kinetickej energie a elektrickej energie, ktorá nevytvára teplo. Pyroelektrické materiály sú tvrdé a kryštály. Ale môžu existovať aj mäkké materiály, ktoré sú vyrobené pomocou elektretov.
Čo je feroelektrika?
Ferroelektrické označuje vlastnosť určitých materiálov, ktoré majú spontánnu elektrickú polarizáciu, ktorá je reverzibilná prostredníctvom aplikácie vonkajších elektrických polí. Zvyčajne sú všetky feroelektrické materiály pyroelektrické, ale majú ďalšiu vlastnosť reverzibilnej prirodzenej elektrickej polarizácie. Termín feroelektrika pochádza z feromagnetizmu, ktorý bol objavený ešte pred objavom feroelektriky.
Tento typ materiálu je užitočný pri výrobe kondenzátorov kvôli ich nelineárnej povahe. Typicky tieto kondenzátory obsahujú pár elektród, ktoré sendvičujú vrstvu feroelektrického materiálu. Navyše spontánna polarizácia feroelektrických materiálov implikuje hysterézny efekt, kde ho môžeme použiť v pamäťovej funkcii. Okrem toho sú feroelektrické kondenzátory užitočné pri výrobe feroelektrickej pamäte RAM.
Aký je rozdiel medzi piezoelektrickou pyroelektrikou a feroelektrikou?
Pojmy piezoelektrický, pyroelektrický a feroelektrický efekt sa vzťahujú na elektrické vlastnosti pevných materiálov. Kľúčový rozdiel medzi piezoelektrickým pyroelektrikom a feroelektrikom je v tom, že piezoelektrický efekt je generovanie povrchového náboja v reakcii na pôsobenie vonkajšieho napätia na materiál. Medzitým je pyroelektrický efekt zmena spontánnej polarizácie materiálu v reakcii na zmenu teploty. Zatiaľ čo feroelektrický efekt je zmena spontánnej polarizácie, ktorá vedie k zmene povrchového náboja.
Nasledujúca infografika predstavuje rozdiely medzi piezoelektrickým pyroelektrickým a feroelektrickým v tabuľkovej forme na porovnanie vedľa seba.
Zhrnutie – Piezoelektrické vs. Pyroelektrické vs Ferroelektrické
Piezoelektrický efekt je generovanie povrchového náboja v reakcii na pôsobenie vonkajšieho napätia na materiál, zatiaľ čo pyroelektrický efekt je zmena spontánnej polarizácie materiálu v reakcii na zmenu teploty. Feroelektrický jav je zmena povrchového náboja v reakcii na zmenu spontánnej polarizácie. Toto je kľúčový rozdiel medzi piezoelektrickým pyroelektrickým a feroelektrickým.
