pyroelectric effect
简介
宏观电极化强度不为零的固体当温度均匀改变△T (加热或冷却)时,会产生极化强度P的变化,即△P=p△T,p为热(释)电系数; 此时在垂直于极性轴的固体两表面出现符号相反的极化电荷,σn=±p△T,这种现象称为热电效应,也称为热释电效应. 在短路情况下,将出现热电电流I=ApdT/dt(A为比例系数)中和表面极化电荷; 温度不改变时,则电流消失. 在断路情况下,表面极化电荷将逐渐被由退极化场引起的固体内的自由电荷所补偿,或与周围介质(如空气)中的电荷所中和.
在晶体中,此效应只发生于无反演中心且有单一极性轴的10类点群的电介质晶体,即1,2,m,2mm,3,3m,4,4mm,6和6mm点群的晶体中.
在常应变下的效应称为初级(primary)热电效应,是由于电偶极矩随温度发生大小或取向变化而引起的. 热膨胀引起的效应称为次级(secondary)热电效应,是由晶胞体积变化通过压电效应(热电晶体都属于压电晶体)而引起的. 由于热电晶体都是压电晶体,因此在常应力下次级热电效应总伴随初级效应同时产生,所以测得的热电系数是初级热电系数p′次级热电系数p″之和,其值为10-2~10-8C·m-2·K-1·p′/p″值随材料不同变化也很大,一般为102~10-2,因此有些晶体中的次级效应比初级效应大.
在压电晶体(包括热电晶体)中,当变温为非均匀时会引起非均匀应力和应变,通过压电效应也会使极化强度改变,出现热电电流. 这不是通常意义的热电效应,有的文献中称为三级(tertiary)热电效应.
热电体有两类,一类是铁电性的,其自发极化方向可在外加电场下反转(有些须在高温下加电场反转); 另一类为非铁电性的,极化方向不能反转. 最常用的热电材料有TGS和LiTaO3晶体,PLZT陶瓷. 用高分子聚合物制成的驻极体中也有显著的热电效应,已广泛应用.
热电效应在技术方面主要应用于热电红外探测和红外热成象技术.