Het belangrijkste verschil tussen piëzo-elektrisch pyro-elektrisch en ferro-elektrisch is dat het piëzo-elektrische effect het genereren van een oppervlaktelading is als reactie op de toepassing van externe spanning op een materiaal, maar het pyro-elektrische effect is de verandering in de spontane polarisatie van een materiaal als reactie op een verandering in temperatuur. Terwijl het ferro-elektrische effect een verandering in de oppervlaktelading is als reactie op de verandering in de spontane polarisatie.
Piezo-elektrisch, pyro-elektrisch en ferro-elektrisch zijn drie termen die we gebruiken om de elektrische eigenschappen van vaste materialen te beschrijven. Deze drie effecten verschillen van elkaar op basis van de reacties die ze weergeven op basis van de wijzigingen die in hun andere eigenschappen zijn aangebracht.
Wat is piëzo-elektrisch?
Piezo-elektrisch verwijst naar de eigenschap van bepaalde vaste materialen waar deze materialen de elektrische lading kunnen accumuleren bij het uitoefenen van mechanische spanning. Met andere woorden, het verwijst naar de elektriciteit die het gevolg is van druk en latente warmte. Deze term is afkomstig uit het Grieks, waar piezin knijpen of persen betekent en elektron barnsteen betekent (een vroege bron van elektrische lading). Deze eigenschap wordt piëzo-elektriciteit genoemd en de materialen die deze eigenschap vertonen, omvatten kristallen, bepaalde keramiek en biologische materie zoals botten, DNA en verschillende eiwitten.
Normaal gesproken kan het piëzo-elektrische effect leiden tot de lineaire elektromechanische interactie tussen de mechanische en elektrische toestanden in kristallijne materialen zonder inversiesymmetrie. Bovendien is dit effect omkeerbaar, aangezien materialen die een piëzo-elektrisch effect kunnen vertonen, ook het omgekeerde van het effect kunnen vertonen (het is het opwekken van een mechanische spanning die afkomstig is van een aangelegd elektrisch veld).
Figuur 01: Opwekking van een spanning door een piëzo-elektrische schijf bij vervorming
De aard van het piëzo-elektrische effect lijkt sterk op die van het elektrische dipoolmoment in vaste stoffen. We kunnen de dipooldichtheid of polarisatie gemakkelijk berekenen door de dipoolmomenten per volume van de kristallografische eenheidscel op te tellen. Meestal hebben naburige dipolen de neiging om uit te lijnen in regio's die Weiss-domeinen worden genoemd. Dit proces van uitlijning wordt poling genoemd, waarbij bij verhoogde temperaturen een sterk elektrisch veld over de materialen wordt aangelegd. Niet alle piëzo-elektrische materialen kunnen echter worden gepoold.
Wat is pyro-elektrisch?
Pyro-elektrisch betekent dat de eigenschap van bepaalde kristallen een groot elektrisch veld heeft als gevolg van natuurlijke elektrische polarisatie. Met andere woorden, het is het vermogen van bepaalde vaste stoffen om een tijdelijke spanning te genereren bij verwarming of afkoeling. Deze term is afkomstig uit de Griekse betekenis; pyr betekent "vuur" en "elektriciteit". Veranderingen in temperatuuromstandigheden kunnen de posities van de atomen in de kristalstructuur enigszins wijzigen, en het verandert de polarisatie van het materiaal. Deze verandering in polarisatie kan aanleiding geven tot een spanning over het kristal. Het piëzo-elektrische veld dat zich ooit langzaam opbouwt, verdwijnt echter door lekstroom. Deze lekkage treedt op als gevolg van de beweging van elektronen door het kristal, beweging van ionen door de lucht en stroom die lekt door een voltmeter die over het kristal is bevestigd.
Figuur 02: Een pyro-elektrische sensor
Pyro-elektrisch effect treedt op als gevolg van elektrische en thermische energietoestanden die geen kinetische energiewaarde produceren. Daarentegen treedt piëzo-elektrisch effect op als gevolg van kinetische energie en elektrische energie die geen warmte produceert. Pyro-elektrische materialen zijn hard en kristallen. Maar er kunnen ook zachte materialen zijn die gemaakt zijn door het gebruik van elektreten.
Wat is ferro-elektrisch?
Ferro-elektrisch verwijst naar de eigenschap van bepaalde materialen met een spontane elektrische polarisatie die omkeerbaar is door de toepassing van externe elektrische velden. Gewoonlijk zijn alle ferro-elektrische materialen pyro-elektrisch, maar het heeft een extra eigenschap van omkeerbare natuurlijke elektrische polarisatie. De term ferro-elektrisch komt van ferromagnetisme, dat werd ontdekt vóór de ontdekking van ferro-elektriciteit.
Dit type materiaal is nuttig bij het maken van condensatoren vanwege hun niet-lineaire aard. Meestal bevatten deze condensatoren een paar elektroden die een laag ferro-elektrisch materiaal als sandwich vormen. Bovendien impliceert de spontane polarisatie van ferro-elektrische materialen een hysterese-effect waar we het in de geheugenfunctie kunnen gebruiken. Bovendien zijn ferro-elektrische condensatoren nuttig bij het maken van ferro-elektrisch RAM.
Wat is het verschil tussen piëzo-elektrisch pyro-elektrisch en ferro-elektrisch?
De termen piëzo-elektrisch, pyro-elektrisch en ferro-elektrisch effect verwijzen naar de elektrische eigenschappen van vaste materialen. Het belangrijkste verschil tussen piëzo-elektrisch pyro-elektrisch en ferro-elektrisch is dat het piëzo-elektrische effect het genereren van een oppervlaktelading is als reactie op de toepassing van externe spanning op een materiaal. Ondertussen is het pyro-elektrische effect de verandering in de spontane polarisatie van een materiaal als reactie op een verandering in temperatuur. Terwijl het ferro-elektrische effect de verandering in de spontane polarisatie is die resulteert in een verandering in de oppervlaktelading.
De volgende infographic presenteert de verschillen tussen piëzo-elektrisch pyro-elektrisch en ferro-elektrisch in tabelvorm voor zij aan zij vergelijking.
Samenvatting – Piëzo-elektrisch vs Pyro-elektrisch vs Ferro-elektrisch
Het piëzo-elektrische effect is het genereren van een oppervlaktelading als reactie op de toepassing van externe spanning op het materiaal, terwijl het pyro-elektrische effect de verandering is in de spontane polarisatie van een materiaal als reactie op een verandering in temperatuur. Het ferro-elektrische effect is een verandering in de oppervlaktelading als reactie op de verandering in spontane polarisatie. Dit is dus het belangrijkste verschil tussen piëzo-elektrisch pyro-elektrisch en ferro-elektrisch.
