Nyckelskillnaden mellan piezoelektrisk pyroelektrisk och ferroelektrisk är att den piezoelektriska effekten är genereringen av en ytladdning som svar på appliceringen av extern spänning på ett material, men den pyroelektriska effekten är förändringen i den spontana polariseringen av en material som svar på en temperaturförändring. Medan den ferroelektriska effekten är en förändring i ytladdningen som svar på förändringen i den spontana polarisationen.
Piezoelektrisk, pyroelektrisk och ferroelektrisk är tre termer vi använder för att beskriva de elektriska egenskaperna hos fasta material. Dessa tre effekter skiljer sig från varandra beroende på vilka svar de visar baserat på de ändringar som gjorts i deras andra egenskaper.
Vad är piezoelektriskt?
Piezoelektrisk hänvisar till egenskaperna hos vissa fasta material där dessa material kan ackumulera elektrisk laddning vid applicering av mekanisk påfrestning. Med andra ord hänvisar det till den elektricitet som härrör från tryck och latent värme. Denna term kommer från grekiskan, där piezin betyder pressa eller pressa och elektron betyder bärnsten (en tidig källa till elektrisk laddning). Den här egenskapen kallas piezoelektricitet, och materialen som visar denna egenskap inkluderar kristaller, viss keramik och biologiskt material som ben, DNA och olika proteiner.
Vanligtvis kan den piezoelektriska effekten leda till den linjära elektromekaniska interaktionen mellan de mekaniska och elektriska tillstånden i kristallina material utan inversionssymmetri. Dessutom är denna effekt reversibel eftersom material som kan uppvisa piezoelektrisk effekt också kan uppvisa den omvända effekten (det är genereringen av en mekanisk påkänning som kommer från ett applicerat elektriskt fält).
Figur 01: Generering av en spänning av en piezoelektrisk skiva vid deformation
Den piezoelektriska effektens natur liknar den för det elektriska dipolmomentet i fasta ämnen. Vi kan enkelt beräkna dipoldensitet eller polarisation genom att summera dipolmomenten per volym av den kristallografiska enhetscellen. Vanligtvis tenderar närliggande dipoler att anpassa sig i regioner som heter Weiss-domäner. Denna inriktningsprocess kallas poling där ett starkt elektriskt fält appliceras över materialen vid förhöjda temperaturer. Allt piezoelektriskt material kan dock inte polas.
Vad är Pyroelektrisk?
Pyroelektrisk betyder att egenskaperna hos vissa kristaller har ett stort elektriskt fält på grund av naturlig elektrisk polarisering. Med andra ord är det förmågan hos vissa fasta ämnen att generera en tillfällig spänning vid uppvärmning eller kylning. Denna term kommer från den grekiska betydelsen; pyr betyder "eld" och "elektricitet". Förändringar i temperaturförhållanden kan ändra atomernas positioner i kristallstrukturen något, och det ändrar materialets polarisering. Denna förändring i polarisation kan ge upphov till en spänning över kristallen. Det piezoelektriska fältet som en gång byggs upp försvinner dock långsamt på grund av läckström. Detta läckage uppstår på grund av elektronernas rörelse genom kristallen, rörelse av joner genom luften och ström som läcker genom en voltmeter som är fäst över kristallen.
Figur 02: En pyroelektrisk sensor
Pyroelektrisk effekt uppstår på grund av elektriska och termiska energitillstånd som inte producerar ett kinetiskt energivärde. Däremot uppstår piezoelektrisk effekt på grund av kinetisk energi och elektrisk energi som inte producerar värme. Pyroelektriska material är hårda och kristaller. Men det kan också finnas några mjuka material som tillverkas med hjälp av elektreter.
Vad är ferroelektriskt?
Ferroelektrisk hänvisar till egenskaperna hos vissa material som har en spontan elektrisk polarisation som är reversibel genom applicering av externa elektriska fält. Vanligtvis är alla ferroelektriska material pyroelektriska, men det har en ytterligare egenskap av reversibel naturlig elektrisk polarisation. Termen ferroelektrisk kommer från ferromagnetism, som upptäcktes före upptäckten av ferroelektricitet.
Den här typen av material är användbart för att tillverka kondensatorer på grund av deras olinjära natur. Vanligtvis innehåller dessa kondensatorer ett par elektroder som lägger in ett lager av ferroelektriskt material. Dessutom innebär den spontana polariseringen av ferroelektriska material en hystereseffekt där vi kan använda den i minnesfunktion. Dessutom är ferroelektriska kondensatorer användbara vid tillverkning av ferroelektriskt RAM.
Vad är skillnaden mellan piezoelektrisk pyroelektrisk och ferroelektrisk?
Termen piezoelektrisk, pyroelektrisk och ferroelektrisk effekt hänvisar till de elektriska egenskaperna hos fasta material. Den viktigaste skillnaden mellan piezoelektrisk pyroelektrisk och ferroelektrisk är att den piezoelektriska effekten är genereringen av en ytladdning som svar på appliceringen av extern spänning på ett material. Under tiden är den pyroelektriska effekten förändringen i den spontana polariseringen av ett material som svar på en förändring i temperatur. Medan den ferroelektriska effekten är förändringen i den spontana polarisationen som resulterar i en förändring i ytladdningen.
Följande infografik visar skillnaderna mellan piezoelektrisk pyroelektrisk och ferroelektrisk i tabellform för jämförelse sida vid sida.
Sammanfattning – Piezoelektrisk vs pyroelektrisk vs ferroelektrisk
Den piezoelektriska effekten är genereringen av en ytladdning som svar på appliceringen av extern spänning på materialet, medan den pyroelektriska effekten är förändringen i den spontana polariseringen av ett material som svar på en temperaturförändring. Den ferroelektriska effekten är en förändring i ytladdningen som svar på förändringen i spontan polarisation. Detta är alltså den viktigaste skillnaden mellan piezoelektrisk pyroelektrisk och ferroelektrisk.
