Материалы пироэлектриков

Пироэлектрическими свойствами обладают некоторые линейные ди­электрики (например, турмалин, сульфат лития) и все сегнетоэлектрические материалы. Особенность линейных пироэлектриков состоит в том, что в них, в отличие от сегнетоэлектриков, направление спонтан­ной поляризованности не может изменяться с помощью внешнего электрического поля.

Сегнетоэлектрики проявляют пироэлектрические свойства только в монодоменизированном состоянии, для которого характерна одинако­вая ориентация спонтанной поляризованности всех доменов. В поли­доменном образце суммарная поляризованность равна нулю, и поэто­му пироэффект отсутствует. Монодоменизация сегнетоэлектрика осу­ществляется путем выдержки его в постоянном электрическом поле при температуре несколько ниже точки Кюри. Создание и закрепление монодоменизированного состояния в сегнетоэлектрических кристаллах является одной из важнейших проблем при использовании их в ка­честве пироэлектриков. Пироэлектрический коэффициент возрастает по мере приближения к температуре фазового перехода Т_к.

При комнатной температуре пироэлектри­ческий коэффициент в кристаллах триглицинсульфата (ТГС) состав­ляет 360 мкКл/м²К. Наглядное представление об этом параметре можно получить из следующего примера. Пластинка ТГС, вырезанная перпендикулярно направлению спонтанной поляризованности и имею­щая толщину 1 мм, при равномерном нагреве на 1 °С приобретает электрический заряд 360 мкКл/м²К, что соответствует разности по­тенциалов между ее поверхностями порядка 1600 В.

Пироэлектрический эффект проявляется и в поляризованной сегнетокерамике, хотя пироэлектрические свойства поликристаллических образцов заметно хуже, чем у монокристаллов. Ba_xSr_1-xNbO₆ считается одним из лучших пироэлектриков. Оптимальная толщина пленки составляет 4–8 мкм.

Максимальными значениями пироэлектрических коэффициентов обладают сегнетоэлектрики с точкой Кюри, близкой к комнатной тем­пературе. Однако из-за высокой диэлектрической проницаемости чувствительность по напряжению Rв оказывается незначительной. Наиболее высоким значением R = (8,5-10^-12 м/В) обладают кристал­лы триглицинсульфата. Благодаря хорошему сочетанию свойств, а также сравнительной простоте технологии получения крупных крис­таллов этот материал широко используется в низкочастотных детек­торах излучения. Некоторое неудобство представляет гигроскопич­ность ТГС, обуславливающая необходимость его специальной гермети­зации в практических устройствах.

В высокоориентированных сегнетоэлектрических тонких пленках цирконата-титаната свинца (90/10) на подложках Рt/Тi/SiO₂/Si, пироэлектрический ток по­лучен при комнатной температуре без поляризации. Внутри интервала 80-100 °С, в котором происходит фазовый переход из низкотемпературной сегнетоэлектрической фазы в высокотемпературную сегнетоэлектрическую фазу, пленки показы­вают значительное изменение величины спонтанной поляризации, при­близительно в два раза (~7 мкКл/см^-2). Прототип пироэлектрического трансформатора на основе данных пленок дает выходное напряжение 0,8 В от площади 1 мм² на пленке толщиной 1 мкм.

Чистый и легированный 0,5 вес. % La германат свинца полу­чен посредством управляемого охлаждения расплава. Пироэлектрический коэффициент меняет знак при температурах 160 и 150 °С для беспримесного и легированно­го кристаллов соответственно.

В пироэлектрических кристаллах ниобата лития изменения сигнала вторичных электронов при изменении температуры связанны с возникновением пиропотенциала на гранях кристалла.

Отметим, что пиро и пьезоэлектрические свойства обнаружены у некоторых полимеров, в частности, у поляризованных пленок поливинилиденфторида и поливинилиденхлорида. Интерес к ним вызван прос­тотой технологии, невысокой стоимостью, возможностью изготовления образцов практически любой геометрии. К тому же они характеризу­ются малой инерционностью пироэффекта на высоких частотах.

Дата добавления: 2014-01-20