Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ПИРОЭЛЕ́КТРИКИ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 26. Москва, 2014, стр. 264

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Б. А. Струков

ПИРОЭЛЕ́КТРИКИ, кри­стал­лич. ди­элек­три­ки, на по­верх­но­сти ко­то­рых при из­ме­не­нии темп-ры воз­ни­ка­ют элек­трич. за­ря­ды. По­яв­ле­ние за­ря­дов свя­за­но с из­ме­не­ни­ем спон­тан­ной по­ля­ри­за­ции кри­стал­ла $\boldsymbol P_s$, ко­то­рая су­ще­ст­ву­ет в пи­роэлек­трич. кри­стал­лах в от­сут­ст­вие внеш­не­го элек­трич. 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 $\boldsymbol P_s$ на нор­маль к по­верх­но­сти. В рав­но­ве­сии при по­сто­ян­ной темп-ре эти за­ря­ды, как пра­ви­ло, ней­тра­ли­зу­ют­ся сво­бод­ны­ми за­ря­да­ми из объ­ё­ма кри­стал­ла или из ок­ру­жаю­щей сре­ды. Из­бы­точ­ный свя­зан­ный за­ряд и свя­зан­ное с ним элек­трич. по­ле по­яв­ля­ют­ся толь­ко при дос­та­точ­но бы­ст­ром из­ме­не­нии темп-ры. Осо­бен­но­стью сим­мет­рии П. яв­ля­ет­ся на­ли­чие в струк­ту­ре «по­ляр­но­го» на­прав­ле­ния, ос­таю­ще­го­ся не­из­мен­ным при всех пре­об­ра­зо­ва­ни­ях сим­мет­рии кри­стал­ло­гра­фич. клас­са сим­мет­рии. Вдоль это­го на­прав­ле­ния и рас­по­ла­га­ет­ся век­тор $\boldsymbol P_s$. Из 32 клас­сов сим­мет­рии та­ким свой­ст­вом об­ла­да­ют 10 клас­сов $(1, m, 2, 3, 4, 6, mm2, 3m, 4mm, 6mm)$ (см. Сим­мет­рия кри­стал­лов). Сим­мет­ри­ей этих клас­сов об­ла­да­ют та­кие кри­стал­лы, как $\ce{Li2SO4·H2O, ZnO, LiNbO3, Pb5Ge3O11, (CH2NH2COOH)3·H2SO4}$ (три­гли­цин­суль­фат).

П. раз­ли­ча­ют­ся по ве­ли­чи­не век­то­ра пи­ро­элек­трич. ко­эф. $\boldsymbol \gamma$, по­ка­зы­ваю­ще­го, как бы­ст­ро из­ме­ня­ет­ся век­тор $\boldsymbol P_s$ при из­ме­не­нии темп-ры $T: \boldsymbol \gamma=Δ\boldsymbol P_s/ΔT$. Во всех по­ляр­ных клас­сах сим­мет­рии (кро­ме 1 и $m$) этот век­тор на­прав­лен вдоль оси сим­мет­рии и име­ет од­ну ком­по­нен­ту. Её ве­ли­чи­на за­ви­сит от ме­ха­нич. ус­ло­вий, в ко­то­рых на­хо­дит­ся об­ра­зец. Раз­ли­ча­ют пер­вич­ный и вто­рич­ный пи­ро­элек­трич. эф­фек­ты, со­от­вет­ст­вен­но $\boldsymbol \gamma=\boldsymbol \gamma_{пер}+\boldsymbol \gamma_{втор}$. Ве­ли­чи­на $\boldsymbol \gamma_{пер}$ ха­рак­те­ри­зу­ет пи­ро­элек­трич. эф­фект ме­ха­ни­че­ски за­жа­то­го кри­стал­ла, ко­гда из­ме­не­ние $\boldsymbol P_s$ 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 до­пол­нит. из­ме­не­нию $\boldsymbol P_s$, ко­то­рое опи­сы­ва­ет­ся ве­ли­чи­ной $\boldsymbol \gamma_{втор}$. Обе со­став­ляю­щие пи­ро­элек­трич. ко­эф­фи­ци­ен­та близ­ки по ве­ли­чи­не. К наи­бо­лее эф­фек­тив­ным П. от­но­сят­ся сег­не­то­элек­трич. кри­стал­лы, осо­бен­но вбли­зи темп-ры фа­зо­во­го пе­ре­хо­да в по­ляр­ную фа­зу.

Воз­мож­но­сти прак­тич. при­ме­не­ния П. ши­ро­ки и уже реа­ли­зо­ва­ны в ви­де ком­мер­че­ски вы­пус­кае­мых пи­ро­элек­трич. де­тек­то­ров – тер­мо­элек­трич. пре­об­ра­зо­ва­те­лей, имею­щих вы­со­кую чув­ст­ви­тель­ность в ши­ро­ком ин­тер­ва­ле час­тот и темп-р, зна­чи­тель­ное бы­ст­ро­дей­ст­вие и срав­ни­тель­но низ­кую стои­мость. По­сколь­ку де­тек­то­ры та­ко­го ти­па реа­ги­ру­ют толь­ко на из­ме­не­ния темп-ры, они мо­гут эф­фек­тив­но ис­поль­зо­вать­ся для фик­са­ции дви­жу­щих­ся объ­ек­тов ли­бо ста­цио­нар­ных объ­ек­тов с ис­поль­зо­ва­ни­ем пре­ры­ва­те­лей те­п­ло­во­го по­то­ка. Осо­бый ин­те­рес пред­став­ля­ют дву­мер­ные мат­ри­цы плё­ноч­ных пи­ро­элек­трич. эле­мен­тов, по­зво­ляю­щие про­из­во­дить ви­зуа­ли­за­цию изо­бра­же­ний в ИК-диа­па­зо­не час­тот, а так­же сен­со­ры разл. на­зна­че­ния (реа­ги­ру­ют на не­санк­цио­ни­ро­ван­ное втор­же­ние, по­жар, за­гряз­не­ние ок­ру­жаю­щей сре­ды и т. д.).

Лит.: Но­вик В. К., Гав­ри­ло­ва Н. Д., Фельд­ман Н. Б. Пи­ро­элек­три­че­ские пре­об­ра­зо­ва­те­ли. М., 1979; Lang S. B. Pyroelectricity: From ancient curiosity to modern imaging tool // Physics Today. 2005. Vol. 58. № 8.

Вернуться к началу