材料的焦电性
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发布时间：2022-04-22 08:30
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时间：2022-06-18 16:22
焦电效应
焦电材料乃是指材料本身在没有外加电场下，自身能够具有电偏极化的能力。必需加热之後才可以显示出电偶极的值。
所谓焦电性是指当周围温度变化时，材料本身会产生表面电荷而形成电压或电流以表示温度变化的一种现象。可用下列数学式表示，其中I为所产生的电流
A：为常数
p(T)：称为材料的焦电系数
P：为极化量
T：为温度(K)
焦电现象系一种热能转换为电能的现象，是经由外界温度的变化所造成材料本身自发极化量(Spontaneous Polarization)的改变，进而诱导表面电荷累积的现象。焦电性的产生的条件为
-材料内部存有可随温度变化的电偶极矩 ΔPs = P Δ T
-存有温度的变化
此种随温度改变而在表面产生电荷累积的特性即为焦电性。
铁电材料应用於压电或焦电元件以前必须外加一极化电场，此一电场必须大於该温度时材料本身的矫顽电场；俾以将复电区内的极化方向转为相互平行，在单晶材料可转成单一电区；而在陶瓷或多晶材料时， 则祇可尽量地做到平行。同时在进行极化的过程中会选择在较高的温度下操作，以便降低它的矫顽电场。
焦电材料都属於非中心对称性晶体，所以自发性极化方向必顺著其中单一的轴向。在32种点群对称的晶体结构中，只有10种具极性的点群满足此定义。它们分别是三斜晶系、单斜晶系、斜方晶系、三方晶系、立方晶系以及六方晶系。若晶体是属於此十种晶系对称的点群，则称之为焦电材料。
目前可以把焦电材料分成二大类 :
第一类是晶体内部的极化场无法被外加的电场予以反转，例如：电气石、硫酸锂水化合物、硫化镉、硒化镉和氧化锌等等，
第二类乃可以利用外加电场来改变材料内部的极化方向；此类即所谓的铁电材料。例如：硫酸三甘油、钽酸锂、铌酸锶钡、铝酸铅、钛酸铅等。而且这类的材料都必须在居礼温度下，外加一个极化电场将它们极化之後，才可以显现出焦电效应。
常用的焦电性材料
1.TGS
TGS是无色水溶性晶体，利用水溶液沉积法生长。主要缺点有易受潮性。易脆裂性及甚低的Tc值 ; 优点则为甚高灵敏度，尤其在小型检知及较低频元件使用上，拥有最高的侦测率(Detectivity)。
2.钽酸锂
此材料之焦电系数较低而介电常数却较高，导致其检知感度较逊於TGS。然而此材料却具有甚高Tc(618℃)值及难溶水性的优点:所以亦具应用价值，尤其可应用於较宽温度范围的检知情形。它的成长方法为柴氏拉晶法，由此可得品质甚好的单晶材料，但切割时之易碎特性使得处理时宜格外谨慎。
3.SBN
SrxBa1-xNb2O6是固态溶液晶体，其中X值的范围可介於0.25到0.75之间。SBN材料可以提供不同大小尺寸的侦测器之调变及考量。
生长方法亦是柴氏拉晶法，但受限於大尺寸质优晶体成长的因素，因此不易有较大面积侦检元件的制备及运用。
