Pizoelektrik piroelektrik ve ferroelektrik arasındaki temel fark, piezoelektrik etkinin bir malzemeye dış stres uygulanmasına yanıt olarak bir yüzey yükünün oluşmasıdır, ancak piroelektrik etki, bir maddenin kendiliğinden polarizasyonundaki değişikliktir. sıcaklıktaki bir değişikliğe tepki olarak malzeme. Oysa ferroelektrik etki, kendiliğinden polarizasyondaki değişime yanıt olarak yüzey yükündeki bir değişikliktir.
Piezoelektrik, piroelektrik ve ferroelektrik katı malzemelerin elektriksel özelliklerini tanımlamak için kullandığımız üç terimdir. Bu üç etki, diğer özelliklerinde yapılan değişikliklere göre gösterdikleri tepkilere göre birbirinden farklıdır.
Piezoelektrik nedir?
Piezoelektrik, belirli katı malzemelerin, bu malzemelerin mekanik stres uygulanması üzerine elektrik yükünü biriktirebildiği özelliğini ifade eder. Başka bir deyişle, basınç ve gizli ısıdan kaynaklanan elektriği ifade eder. Bu terim, piezin'in sıkıştırma veya pres anlamına geldiği ve elektronun kehribar (erken bir elektrik yükü kaynağı) anlamına geldiği Yunanca'dan gelmektedir. Bu özelliğe piezoelektrik denir ve bu özelliği gösteren malzemeler arasında kristaller, belirli seramikler ve kemikler, DNA ve çeşitli proteinler gibi biyolojik maddeler bulunur.
Tipik olarak, piezoelektrik etki, inversiyon simetrisi olmayan kristal malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasında doğrusal elektromekanik etkileşime yol açabilir. Ayrıca, piezoelektrik etki gösterebilen malzemeler etkinin tersini de gösterebildiğinden bu etki tersine çevrilebilir (uygulanan bir elektrik alanından gelen mekanik bir gerilimin üretilmesidir).
Şekil 01: Deformasyon Üzerine Piezoelektrik Disk Tarafından Gerilim Üretilmesi
Piezoelektrik etkinin doğası, katılardaki elektrik dipol momentine çok benzer. Kristalografik birim hücrenin hacmi başına dipol momentlerini toplayarak dipol yoğunluğunu veya polarizasyonu kolayca hesaplayabiliriz. Genellikle, komşu dipoller Weiss alanları olarak adlandırılan bölgelerde hizalanma eğilimindedir. Bu hizalama işlemi, yüksek sıcaklıklarda malzemelere güçlü bir elektrik alanının uygulandığı kutuplama olarak adlandırılır. Ancak, tüm piezoelektrik malzemeler kutuplanamaz.
Piroelektrik Nedir?
Piroelektrik, belirli kristallerin özelliğinin, doğal elektriksel polarizasyon nedeniyle büyük bir elektrik alanına sahip olduğu anlamına gelir. Başka bir deyişle, belirli katıların ısıtma veya soğutma üzerine geçici bir voltaj üretme yeteneğidir. Bu terim Yunanca anlamından gelmektedir; pyr "ateş" ve "elektrik" anlamına gelir. Sıcaklık koşullarındaki değişiklikler, kristal yapı içindeki atomların pozisyonlarını biraz değiştirebilir ve malzemenin polarizasyonunu değiştirir. Polarizasyondaki bu değişiklik, kristal boyunca bir voltaj yükselmesine neden olabilir. Ancak, bir zamanlar yavaş yavaş oluşan piezoelektrik alan, kaçak akım nedeniyle kaybolur. Bu sızıntı, kristal boyunca elektronların hareketi, iyonların havadaki hareketi ve kristale bağlı bir voltmetreden sızan akım nedeniyle oluşur.
Şekil 02: Bir Piroelektrik Sensör
Piroelektrik etki, bir kinetik enerji değeri üretmeyen elektrik ve termal enerji durumları nedeniyle oluşur. Buna karşılık, piezoelektrik etki, kinetik enerji ve ısı üretmeyen elektrik enerjisi nedeniyle oluşur. Piroelektrik malzemeler sert ve kristallerdir. Ancak elektret kullanılarak yapılan bazı yumuşak malzemeler de olabilir.
Ferroelektrik Nedir?
Ferroelektrik, belirli malzemelerin, harici elektrik alanlarının uygulanması yoluyla tersine çevrilebilen kendiliğinden elektrik polarizasyonuna sahip olma özelliğini ifade eder. Genellikle, tüm ferroelektrik malzemeler piroelektriktir, ancak tersinir doğal elektrik polarizasyonunun ek bir özelliğine sahiptir. Ferroelektrik terimi, ferroelektrikliğin keşfinden önce keşfedilen ferromanyetizma kelimesinden gelir.
Bu tür malzeme, doğrusal olmayan yapıları nedeniyle kapasitör yapımında kullanışlıdır. Tipik olarak, bu kapasitörler, bir ferroelektrik malzeme tabakasını sandviçleyen bir çift elektrot içerir. Ayrıca, ferroelektrik malzemelerin kendiliğinden polarizasyonu, onu hafıza fonksiyonunda kullanabileceğimiz bir histerezis etkisi anlamına gelir. Ek olarak, ferroelektrik kapasitörler, ferroelektrik RAM yapımında faydalıdır.
Piezoelektrik Piroelektrik ve Ferroelektrik Arasındaki Fark Nedir?
Piezoelektrik, piroelektrik ve ferroelektrik etki terimleri, katı malzemelerin elektriksel özelliklerini ifade eder. Piezoelektrik piroelektrik ve ferroelektrik arasındaki temel fark, piezoelektrik etkinin bir malzemeye dış stres uygulanmasına yanıt olarak bir yüzey yükünün üretilmesi olmasıdır. Bu arada, piroelektrik etki, sıcaklıktaki bir değişikliğe tepki olarak bir malzemenin kendiliğinden polarizasyonundaki değişikliktir. Oysa ferroelektrik etki, yüzey yükünde bir değişiklikle sonuçlanan kendiliğinden polarizasyondaki değişikliktir.
Aşağıdaki infografik, yan yana karşılaştırma için piezoelektrik piroelektrik ve ferroelektrik arasındaki farkları tablo biçiminde sunar.
Özet – Piezoelektrik vs Piroelektrik vs Ferroelektrik
Pizoelektrik etki, malzemeye dış stres uygulanmasına yanıt olarak bir yüzey yükünün üretilmesidir, piroelektrik etki ise sıcaklıktaki bir değişikliğe tepki olarak bir malzemenin kendiliğinden polarizasyonundaki değişikliktir. Ferroelektrik etki, kendiliğinden polarizasyondaki değişime yanıt olarak yüzey yükündeki bir değişikliktir. Bu nedenle, piezoelektrik piroelektrik ile ferroelektrik arasındaki temel fark budur.
