Ключовата разлика между пиезоелектричен пироелектрик и фероелектрик е, че пиезоелектричният ефект е генерирането на повърхностен заряд в отговор на прилагането на външно напрежение върху материала, но пироелектричният ефект е промяната в спонтанната поляризация на материал в отговор на промяна на температурата. Като има предвид, че фероелектричният ефект е промяна в повърхностния заряд в отговор на промяната в спонтанната поляризация.
Пиезоелектрик, пироелектрик и фероелектрик са три термина, които използваме, за да опишем електрическите свойства на твърдите материали. Тези три ефекта се различават един от друг според отговорите, които показват въз основа на промените, направени в другите им свойства.
Какво е пиезоелектрик?
Пиезоелектричността се отнася до свойството на определени твърди материали, при което тези материали могат да натрупват електрически заряд при прилагане на механично напрежение. С други думи, това се отнася до електричеството, получено от налягане и латентна топлина. Този термин произлиза от гръцки, където piezin означава изстискване или натискане, а elektron означава кехлибар (ранен източник на електрически заряд). Това свойство се нарича пиезоелектричество и материалите, показващи това свойство, включват кристали, определена керамика и биологична материя като кости, ДНК и различни протеини.
Обикновено пиезоелектричният ефект може да доведе до линейно електромеханично взаимодействие между механичните и електрическите състояния в кристални материали, които нямат инверсионна симетрия. Освен това този ефект е обратим, тъй като материалите, които могат да покажат пиезоелектричен ефект, могат също така да покажат обратния ефект (това е генериране на механично напрежение, което идва от приложено електрическо поле).
Фигура 01: Генериране на напрежение от пиезоелектричен диск при деформация
Природата на пиезоелектричния ефект е много подобна на тази на електрическия диполен момент в твърди тела. Можем лесно да изчислим диполната плътност или поляризацията, като сумираме диполните моменти за обем на кристалографската единична клетка. Обикновено съседните диполи са склонни да се подравняват в области, наречени домейни на Вайс. Този процес на подравняване се нарича полюс, когато върху материалите се прилага силно електрическо поле при повишени температури. Всички пиезоелектрични материали обаче не могат да бъдат полюсвани.
Какво е пироелектрик?
Пироелектричен означава, че свойството на определени кристали има голямо електрическо поле поради естествената електрическа поляризация. С други думи, това е способността на някои твърди вещества да генерират временно напрежение при нагряване или охлаждане. Този термин произлиза от гръцкото значение; pyr означава „огън“и „електричество“. Промените в температурните условия могат леко да променят позициите на атомите в кристалната структура и това променя поляризацията на материала. Тази промяна в поляризацията може да доведе до напрежение в кристала. Въпреки това, пиезоелектричното поле, което веднъж се изгради, бавно изчезва поради ток на утечка. Това изтичане възниква поради движението на електрони през кристала, движение на йони през въздуха и изтичане на ток през волтметър, който е прикрепен през кристала.
Фигура 02: Пироелектричен сензор
Пироелектричният ефект възниква поради състояния на електрическа и топлинна енергия, които не произвеждат стойност на кинетична енергия. За разлика от това, пиезоелектричният ефект възниква поради кинетична енергия и електрическа енергия, която не произвежда топлина. Пироелектричните материали са твърди и кристали. Но може да има и някои меки материали, които са направени чрез използването на електрети.
Какво е фероелектрик?
Фероелектрик се отнася до свойството на определени материали да имат спонтанна електрическа поляризация, която е обратима чрез прилагане на външни електрически полета. Обикновено всички фероелектрични материали са пироелектрични, но имат допълнително свойство на обратима естествена електрическа поляризация. Терминът фероелектрик идва от феромагнетизъм, който е открит преди откриването на фероелектричеството.
Този тип материал е полезен при направата на кондензатори поради тяхната нелинейна природа. Обикновено тези кондензатори съдържат чифт електроди, които свързват слой от фероелектричен материал. Освен това спонтанната поляризация на фероелектрични материали предполага ефект на хистерезис, където можем да го използваме във функцията на паметта. В допълнение, фероелектричните кондензатори са полезни при производството на фероелектрични RAM.
Каква е разликата между пиезоелектричен пироелектрик и фероелектрик?
Термините пиезоелектричен, пироелектричен и фероелектричен ефект се отнасят до електрическите свойства на твърдите материали. Ключовата разлика между пиезоелектричен пироелектрик и фероелектрик е, че пиезоелектричният ефект е генерирането на повърхностен заряд в отговор на прилагането на външно напрежение върху материала. Междувременно пироелектричният ефект е промяната в спонтанната поляризация на материал в отговор на промяна в температурата. Като има предвид, че фероелектричният ефект е промяната в спонтанната поляризация, която води до промяна в повърхностния заряд.
Следващата инфографика представя разликите между пиезоелектричен пироелектрик и фероелектрик в таблична форма за едно до друго сравнение.
Обобщение – Пиезоелектричен срещу пироелектричен срещу фероелектричен
Пиезоелектричният ефект е генерирането на повърхностен заряд в отговор на прилагането на външно напрежение върху материала, докато пироелектричният ефект е промяната в спонтанната поляризация на материала в отговор на промяна в температурата. Фероелектричният ефект е промяна в повърхностния заряд в отговор на промяната в спонтанната поляризация. По този начин, това е ключовата разлика между пиезоелектричен пироелектрик и фероелектрик.
