Pyroelectric Material คืออะไร: การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์และการประยุกต์ใช้งาน

ถึง อิเล็กทริก วัสดุเป็นฉนวนไฟฟ้าซึ่งมีความสามารถในการหยุดการไหลของกระแสไฟฟ้า พวกเขาแบ่งออกเป็นวัสดุสมมาตร Centro และวัสดุเพียโซอิเล็กทริกเพิ่มเติม เพียโซอิเล็กทริก จัดอยู่ในประเภท non-pyroelectrics และ pyroelectrics pyro electrics ถูกจัดประเภทเป็น non-ferroelectrics และ ferroelectrics บทความนี้ระบุวัสดุไพโรอิเล็กทริก ถูกค้นพบในต้นศตวรรษที่ 20 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีก pyroelectricity ชื่อมาจากภาษากรีกโดย pyro หมายถึงไฟและไฟฟ้า เป็นคุณสมบัติทั่วไปของคริสตัลบางชนิดที่มีขั้วเพื่อให้ได้สนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ วัสดุไพโรอิเล็กทริกเหล่านี้มีลักษณะแข็งและเป็นผลึก

Pyroelectric Material คืออะไร?

Pyroelectricity หรือวัสดุไพโรอิเล็กทริกคือการตอบสนองทางไฟฟ้าของอิเล็กทริกเชิงขั้วที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ หากอุณหภูมิในทางกลับกันเปลี่ยนไปจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอะตอมจากตำแหน่งที่เป็นกลางดังนั้นโพลาไรเซชันของวัสดุจึงเปลี่ยนไปเราจะสังเกตแรงดันไฟฟ้าทั่ววัสดุ ผลกระทบนี้เกิดขึ้นชั่วคราวในขณะนี้สมมติว่าอุณหภูมิคงที่ที่ค่าใหม่ แรงดันไฟฟ้าไพโรอิเล็กทริกกลายเป็นศูนย์เนื่องจากกระแสไฟฟ้ารั่ว ดังนั้นภายในขีด จำกัด อุณหภูมิเดียวกันนี้ประจุที่พัฒนาโดยผลของความร้อนหรือความเย็นจะเท่ากันและตรงกันข้าม

วัสดุไพโรอิเล็กทริกแสดงโพลาไรซ์ที่เกิดขึ้นเองซึ่งเป็นโพลาไรซ์ในกรณีที่ไม่มีสนามไฟฟ้าซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงหรือย้อนกลับได้ในการใช้สนามไฟฟ้าที่ทำในวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก ดังนั้นวัสดุไฟฟ้าไพโรทั้งหมดจึงเป็นเพียโซอิเล็กทริกเช่นกัน วัสดุเพียโซอิเล็กทริกมีผลึกเพียโซอิเล็กทริกบางชนิดที่ไม่อนุญาตให้เกิดไพโรอิเล็กทริก ดังนั้นเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกจึงเกิดขึ้นต่ำกว่า 1070 องศา F อุณหภูมิคูรี ดังนั้นเมื่อวัสดุได้รับความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิคูรี 1,070 องศา F อะตอมจะกลับมาที่ตำแหน่งสมดุล ดังนั้นผลไฟฟ้าจึงถือเป็นสิ่งผกผันทางกายภาพของเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริก

รายชื่อวัสดุไพโรอิเล็กทริก

วัสดุไพโรอิเล็กทริกบางส่วนมีการระบุไว้ด้านล่าง

• ทัวร์มาลีน
• แกลเลียมไนไตรด์
• ซีเซียมไนเตรต (CsNO3)
• โพลีไวนิลฟลูออไรด์
• อนุพันธ์ของฟีนิลไพริดีน
• โคบอลต์ phthalocyanine
• ลิเธียมแทนทาไลท์ (LiTaO3)

การเปรียบเทียบระหว่าง Pyro Electricity และ Thermo Electricity

ผลทางไฟฟ้าคือปรากฏการณ์ที่วัสดุแสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิย้อนกลับของสนามไฟฟ้าที่ใช้ ดังนั้น pyroelectricity จึงแตกต่างจาก thermoelectricity Pyro crystal เปลี่ยนอุณหภูมิจากองศาหนึ่งไปอีกองศาหนึ่งส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวทั่วคริสตัล

ในขณะที่ในกรณีของ เทอร์โมอิเล็กทริก ปลายทั้งสองข้างของอุปกรณ์อยู่ภายใต้อุณหภูมิที่ต่างกันสองอุณหภูมิส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าถาวรในอุปกรณ์ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิแตกต่างกัน

ความแตกต่างระหว่างวัสดุ Piezoelectric, Pyroelectric และ Ferroelectric

ต่อไปนี้คือความแตกต่างระหว่างวัสดุ Piezoelectric, Pyroelectric และ Ferroelectric

การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของวัสดุไพโรอิเล็กทริก

วัสดุไพโรอิเล็กทริกชิ้นบาง ๆ เป็นอิเล็กโทรดและเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงซึ่งมีความต้านทานสูง ทรานซิสเตอร์สนามผล (FET) ดังภาพด้านล่าง ปล่อยให้มันเป็นกระแสไพโรอิเล็กทริกซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้า V ผ่านการรับไฟฟ้าใช่ แรงดันไฟฟ้า เครื่องขยายเสียง ของความสามัคคีได้รับแหล่งความต้านทานสูงของกระแสไฟฟ้าเป็นคู่กับอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำตามวงจร ถ้า p ’เป็นส่วนประกอบของค่าสัมประสิทธิ์ไพโรอิเล็กทริก p มุมฉากกับพื้นผิวอิเล็กโทรดของพื้นที่ A กระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะไม่ขึ้นอยู่กับความหนาเนื่องจากกระแสมีความสัมพันธ์กับประจุพื้นผิวที่ไม่ถูกผูกไว้

การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของไพโรไฟฟ้าวัสดุ

ที่ไหน

ชาร์จ Q = p ’A Δ T …… .. 1

กระแสไฟฟ้า Pyroelectric ip = Ap’dT / dt …… .. 2

แรงดันไฟฟ้า Pyroelectric V = i / УE……… 3

ที่รับไฟฟ้า УE = GA + GE + jw CA + CE …… .4

Shunt และตัวอย่างการนำไฟฟ้า GA, GE

Shunt และตัวอย่างความจุ CA, CE

ความจุเทียบเท่าของอิเล็กทริกคือ 100 = €σa / ถึง ...... 5

พลังงานที่เก็บไว้ E = ½ p2 €σAhΔT2…… .6

d = ความหนาของวัสดุ€σ = ค่าคงที่การอนุญาตที่ความเค้น A = พื้นที่ป้องกัน p ’= ส่วนประกอบของค่าสัมประสิทธิ์ไพโรอิเล็กทริก p

ถ้าสนามไฟฟ้า E ถูกนำไปใช้กับวัสดุการกระจัดอิเล็กทริกทั้งหมด d ที่เป็นประจุต่อหน่วยพื้นที่ของแผ่นทั้งสองด้านของวัสดุไพโรอิเล็กตริกคือ

d = E s + € E ………. 7

โดยที่€คือการอนุญาตของสุญญากาศและ Es คือโพลาไรซ์ที่เกิดขึ้นเองของความหนาแน่นของปริมาตรของโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า .

ผลของค่าสัมประสิทธิ์ไพโรอิเล็กทริกกับอุณหภูมิ

จากการวิเคราะห์ข้างต้นค่าสัมประสิทธิ์ไพโรอิเล็กทริกมีผลต่ออุณหภูมิ

• ค่าสัมประสิทธิ์ไพโรอิเล็กทริกจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
• ขึ้นอยู่กับลำดับของการเปลี่ยนเฟสและมีขนาดใหญ่กว่าสำหรับการเปลี่ยนลำดับที่สอง
• Tc คืออุณหภูมิคูรีที่วัสดุไพโรอิเล็กตริกเพิ่มขึ้น

ข้อดีของวัสดุ Pyroelectric

ข้อดีของวัสดุไพโรอิเล็กทริกคือ

•ปราศจากมลพิษ
•ค่าบำรุงรักษาน้อยกว่า
•ตอบสนองความถี่สูงมาก

ข้อเสียของวัสดุไพโรอิเล็กทริก

ข้อเสียของวัสดุไพโรอิเล็กทริกคือ

•ต้องการสูง ความต้านทาน สายเคเบิล
•ไม่สามารถวัดการเคลื่อนที่แบบคงที่ได้อย่างง่ายดาย

การใช้งาน

การใช้วัสดุ Pyroelectric คือ

•เครื่องตรวจจับการเคลื่อนไหวที่ใช้ PIR
• Radiometry
•ตัวแปลงไพโรอิเล็กทริกพลังงานแสงอาทิตย์
•การตรวจจับและคุ้มครองสัตว์ป่า
•เทอร์โมมิเตอร์ระยะไกล PIR
• เครื่องตรวจจับไฟ
•การวินิจฉัยด้วยเลเซอร์

คำถามที่พบบ่อย

1). Pyroelectric Crystals คืออะไร?

ผลึกไพโรอิเล็กทริกเป็นวัสดุที่ผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่ออุณหภูมิของคริสตัลสูงขึ้น

2). เฟอร์โรอิเล็กทริค Piezo Electrics ทั้งหมดหรือไม่

ใช่ ferroelectrics Piezo electrics ทั้งหมด แต่ไม่ใช่ piezoelectrics ทั้งหมดที่เป็น ferroelectrics

3). ควอตซ์เป็นไพโรอิเล็กทริกหรือไม่?

ใช่ควอตซ์เป็นคริสตัลไพโรอิเล็กทริก

4). ไพโรเซนเซอร์คืออะไร?

เซ็นเซอร์ไพโรยังมีชื่อเป็นเครื่องตรวจจับไพโรหรือเครื่องตรวจจับความร้อน ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของประจุอุณหภูมิจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของคริสตัลซึ่งเป็นกระแสไฟฟ้าที่ต้องการ

5). คริสตัลสามารถเก็บข้อมูลได้หรือไม่?

ใช่คริสตัลสามารถจัดเก็บข้อมูลได้

6). พื้นหลังความร้อนมีผลต่อเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกหรือไม่?

ไม่พื้นหลังระบายความร้อนไม่มีผลต่อเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริก

ดังนั้นไฟล์ pyroelectricity เป็นคุณสมบัติของคริสตัลบางชนิดที่แสดงโพลาไรซ์ซึ่งการตอบสนองทางไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกเกิดขึ้นต่ำกว่า 1070 องศา F ซึ่งเป็นอุณหภูมิคูรี พวกเขาต้องการสายเคเบิลที่มีความต้านทานสูงสำหรับการใช้งานซึ่งให้การตอบสนองความถี่ที่ดี นี่คือคำถามสำหรับคุณว่าวัสดุไพโรอิเล็กทริกมีหน้าที่อะไร?