热释电效应的技术原理

Question

如题所述

Answer 1

热释电效应与压电效应类似，热释电效应也是晶体的一种自然物理效应。对于具有自发式极化的晶体，当晶体受热或冷却后，由于温度的变化（△T）而导致自发式极化强度变化（△Ps），从而在晶体某一定方向产生表面极化电荷的现象称为热释电效应。该关系可有式表示。
△Ps=P△T
式中，△Ps为自发式极化强度变化量；△T为温度变化；P为热释电系数。
热释电效应最早在电气石晶体（Na，Ca）（Mg，Fe）3B3Al6Si6（O，H，F）3中发现，该晶体属三方晶系，具有唯一的三重旋转轴。与压电晶体一样，晶体存在热释电效应的前提是具有自发式极化，即在某个方向上存在着固有电矩。但压电晶体不一定具有热释电效应，而热释电晶体则一定存在压电效应。热释电晶体可以分为两大类。一类具有自发式极化，但自发式极化并不会受外电场作用而转向。另一种具有可为外电场转向的自发式极化晶体，即为铁电体。由于这类晶体在经过预电极化处理后具有宏观剩余极化，且其剩余极化随温度而变化，从而能释放表面电荷，呈现热释电效应。
通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被空气中附集在晶体外表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能显示出来。当温度变化时，晶体结构中的正、负电荷重心产生相对位移，晶体自发极化值就会发生变化，在晶体表面就会产生电荷耗尽。
能产生热释电效应的晶体称为热释电体，又称为热电元件。热电元件常用的材料有单晶(LiTaO3等)、压电陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVF2等)。
如果在热电元件两端并联上电阻，当元件受热时，则电阻上就有电流流过，在电阻两端也能得到电压信号。