Пироэлектрики
Пироэле́ктрики, кристаллические диэлектрики, на поверхности которых при изменении температуры возникают электрические заряды. Появление зарядов связано с изменением спонтанной поляризации кристалла , которая существует в пироэлектрических кристаллах в отсутствие внешнего электрического поля и обусловлена дипольными моментами элементарных ячеек. Спонтанная поляризация может существовать только в кристаллах определённой симметрии и проявляется в виде связанного заряда на поверхностях кристалла, плотность которого численно равна проекции вектора на нормаль к поверхности. В равновесии при постоянной температуре эти заряды, как правило, нейтрализуются свободными зарядами из объёма кристалла или из окружающей среды. Избыточный связанный заряд и связанное с ним электрическом поле появляются только при достаточно быстром изменении температуры. Особенностью симметрии пироэлектриков является наличие в структуре «полярного» направления, остающегося неизменным при всех преобразованиях симметрии кристаллографического класса. Вдоль этого направления и располагается вектор . Из 32 классов симметрии таким свойством обладают 10 классов (симметрия кристаллов). Симметрией этих классов обладают такие кристаллы, как (триглицинсульфат).
Пироэлектрики различаются по величине вектора пироэлектрического коэффициента , показывающего, как быстро изменяется вектор при изменении температуры . Во всех полярных классах симметрии (кроме и ) этот вектор направлен вдоль оси симметрии и имеет одну компоненту. Её величина зависит от механических условий, в которых находится образец. Различают первичный и вторичный пироэлектрический эффекты, соответственно . Величина характеризует пироэлектрический эффект механически зажатого кристалла, когда изменение происходит только за счёт изменения расположения зарядов в каждой элементарной ячейке при её неизменном объёме. Для механически свободного кристалла тепловые деформации приводят (за счёт пьезоэлектрического эффекта) к дополнительному изменению , которое описывается величиной . Обе составляющие пироэлектрического коэффициента близки по величине. К наиболее эффективным пироэлектрикам относятся сегнетоэлектрические кристаллы, особенно вблизи температуры фазового перехода в полярную фазу. Возможности практического применения пироэлектриков широки и уже реализованы в виде коммерчески выпускаемых пироэлектрических детекторов – термоэлектрических преобразователей, имеющих высокую чувствительность в широком интервале частот и температур, значительное быстродействие и сравнительно низкую стоимость. Поскольку детекторы такого типа реагируют только на изменения температуры, они могут эффективно использоваться для фиксации движущихся объектов либо стационарных объектов с использованием прерывателей теплового потока. Особый интерес представляют двумерные матрицы плёночных пироэлектрических элементов, позволяющие производить визуализацию изображений в ИК-диапазоне частот, а также сенсоры различного назначения (реагируют на несанкционированное вторжение, пожар, загрязнение окружающей среды и т. д.).