Nøkkelforskjellen mellom piezoelektrisk pyroelektrisk og ferroelektrisk er at den piezoelektriske effekten er generering av en overflateladning som respons på påføring av ytre spenning på et materiale, men den pyroelektriske effekten er endringen i den spontane polarisasjonen av en materiale som svar på en endring i temperaturen. Mens den ferroelektriske effekten er en endring i overflateladningen som svar på endringen i den spontane polarisasjonen.
Piezoelektrisk, pyroelektrisk og ferroelektrisk er tre begreper vi bruker for å beskrive de elektriske egenskapene til faste materialer. Disse tre effektene er forskjellige fra hverandre i henhold til svarene de viser basert på endringene som er gjort i de andre egenskapene deres.
Hva er piezoelektrisk?
Piezoelektrisk refererer til egenskapene til visse faste materialer der disse materialene kan akkumulere elektrisk ladning ved påføring av mekanisk påkjenning. Med andre ord refererer det til elektrisiteten som følge av trykk og latent varme. Dette begrepet kommer fra gresk, der piezin betyr klem eller trykk og elektron betyr rav (en tidlig kilde til elektrisk ladning). Denne egenskapen kalles piezoelektrisitet, og materialene som viser denne egenskapen inkluderer krystaller, visse typer keramikk og biologisk materiale som bein, DNA og ulike proteiner.
Vanligvis kan den piezoelektriske effekten føre til den lineære elektromekaniske interaksjonen mellom de mekaniske og elektriske tilstandene i krystallinske materialer uten inversjonssymmetri. Dessuten er denne effekten reversibel ettersom materialer som kan vise piezoelektrisk effekt, også kan vise det motsatte av effekten (det er genereringen av en mekanisk belastning som kommer fra et påført elektrisk felt).
Figur 01: Generering av en spenning av en piezoelektrisk disk ved deformasjon
Arten til den piezoelektriske effekten er nær lik den til det elektriske dipolmomentet i faste stoffer. Vi kan enkelt beregne dipoltetthet eller polarisering ved å summere dipolmomentene per volum til den krystallografiske enhetscellen. Vanligvis har nærliggende dipoler en tendens til å justere seg i regioner som heter Weiss-domener. Denne innrettingsprosessen kalles poling der et sterkt elektrisk felt påføres over materialene ved høye temperaturer. Alle piezoelektriske materialer kan imidlertid ikke poleres.
Hva er pyroelektrisk?
Pyroelektrisk betyr at egenskapen til visse krystaller har et stort elektrisk felt på grunn av naturlig elektrisk polarisering. Med andre ord er det evnen til visse faste stoffer å generere en midlertidig spenning ved oppvarming eller avkjøling. Dette begrepet stammer fra den greske betydningen; pyr betyr "ild" og "elektrisitet". Endringer i temperaturforhold kan endre posisjonene til atomene i krystallstrukturen litt, og det endrer materialets polarisering. Denne endringen i polarisering kan gi opphav til en spenning over krystallen. Imidlertid forsvinner det piezoelektriske feltet som en gang bygges sakte på grunn av lekkasjestrøm. Denne lekkasjen oppstår på grunn av bevegelse av elektroner gjennom krystallen, bevegelse av ioner gjennom luften og strøm som lekker gjennom et voltmeter som er festet over krystallen.
Figur 02: En pyroelektrisk sensor
Pyroelektrisk effekt oppstår på grunn av elektriske og termiske energitilstander som ikke produserer en kinetisk energiverdi. Derimot oppstår piezoelektrisk effekt på grunn av kinetisk energi og elektrisk energi som ikke produserer varme. Pyroelektriske materialer er harde og krystaller. Men det kan også være noen myke materialer som er laget ved bruk av elektreter.
Hva er ferroelektrisk?
Ferroelektrisk refererer til egenskapen til visse materialer som har en spontan elektrisk polarisering som er reversibel gjennom påføring av eksterne elektriske felt. Vanligvis er alle ferroelektriske materialer pyroelektriske, men det har en tilleggsegenskap med reversibel naturlig elektrisk polarisering. Begrepet ferroelektrisk kommer fra ferromagnetisme, som ble oppdaget før oppdagelsen av ferroelektrisitet.
Denne typen materiale er nyttig for å lage kondensatorer på grunn av deres ikke-lineære natur. Vanligvis inneholder disse kondensatorene et par elektroder som legger et lag med ferroelektrisk materiale. Dessuten innebærer den spontane polariseringen av ferroelektriske materialer en hystereseeffekt der vi kan bruke den i minnefunksjon. I tillegg er ferroelektriske kondensatorer nyttige for å lage ferroelektrisk RAM.
Hva er forskjellen mellom piezoelektrisk pyroelektrisk og ferroelektrisk?
Begrepene piezoelektrisk, pyroelektrisk og ferroelektrisk effekt refererer til de elektriske egenskapene til faste materialer. Den viktigste forskjellen mellom piezoelektrisk pyroelektrisk og ferroelektrisk er at den piezoelektriske effekten er genereringen av en overflateladning som svar på påføring av ytre spenning på et materiale. I mellomtiden er den pyroelektriske effekten endringen i den spontane polariseringen av et materiale som svar på en endring i temperaturen. Mens den ferroelektriske effekten er endringen i den spontane polarisasjonen som resulterer i en endring i overflateladningen.
Følgende infografikk presenterer forskjellene mellom piezoelektrisk pyroelektrisk og ferroelektrisk i tabellform for side ved side-sammenligning.
Sammendrag – Piezoelektrisk vs pyroelektrisk vs ferroelektrisk
Den piezoelektriske effekten er generering av en overflateladning som respons på påføring av ytre spenning på materialet, mens den pyroelektriske effekten er endringen i den spontane polarisasjonen av et materiale som svar på en temperaturendring. Den ferroelektriske effekten er en endring i overflateladningen som svar på endringen i spontan polarisering. Dermed er dette nøkkelforskjellen mellom piezoelektrisk pyroelektrisk og ferroelektrisk.
