Piroelektryk

Opublikowano przez

Piroelektryk – fenomenalny materiał o unikalnych właściwościach

Piroelektryk to specjalny typ materiału, który ma zdolność generowania siły elektromotorycznej w odpowiedzi na zmiany temperatury. Zjawisko to różni się od termoelektryczności, ponieważ nie wymaga istnienia gradientu temperatury. Wystarczy, aby cały kryształ został podgrzany, aby zaobserwować jego efekty. Warto zaznaczyć, że piroelektryczność można zaobserwować jedynie w kryształach, które wykazują dobre właściwości izolacyjne. Po ustabilizowaniu się temperatury, piroelektryki stopniowo rozładowują swoje ładunki elektryczne w wyniku upływu ładunku przez czas.

Historia odkrycia piroelektryków

Początki badań nad piroelektrycznością sięgają starożytnej Grecji, gdzie zauważono, że podgrzewany turmalin był w stanie przyciągać drobne przedmioty, takie jak źdźbła trawy. W 1756 roku Franz Aepinus dokonał znaczącego odkrycia, stwierdzając obecność przeciwnych ładunków elektrycznych na kryształach turmalinu po ich podgrzaniu. Przełomowe badania nad teorią piroelektryków prowadził Lord Kelvin w 1877 roku, który opracował pierwszą termodynamiczną teorię dotycząca tego zjawiska.

W XIX wieku metoda badania piroelektryków uległa znacznej poprawie dzięki pracy Augusta Kundta, który w 1883 roku wprowadził technikę opylania. Polegała ona na podgrzewaniu kryształu i opylaniu go naelektryzowaną mieszaniną sproszkowanej siarki i minii. Dzięki temu można było obserwować różne zabarwienia na powierzchni kryształu, co wskazywało na obecność ładunków elektrycznych o różnym znaku. Ta metoda była niezwykle istotna przed wprowadzeniem rentgenografii do badań kryształów.

Budowa i właściwości piroelektryków

Piroelektryki przeważnie mają strukturę krystaliczną i są charakterystyczne dzięki obecności wiązań jonowych oraz braku środka symetrii w swojej komórce elementarnej. Właśnie ta asymetria powoduje, że każdy wzrost lub spadek temperatury wywołuje zmianę spontanicznej polaryzacji kryształu. Ciekawe jest to, że niektóre materiały piroelektryczne są także ferroelektrykami, co oznacza, że wykazują dodatkowe właściwości elektromagnetyczne.

Właściwości piroelektryczne występują nie tylko w klasycznych kryształach; można je również znaleźć w ciekłych kryształach oraz odpowiednio skonstruowanych ceramikach i polimerach. Do najbardziej znanych materiałów piroelektrycznych należą:

  • Siarczan trójglicyny (TGS) oraz wiele związków izomorficznych
  • Poli(fluorek winylidenu), popularny polimer łatwy do produkcji w formie cienkiej folii
  • Tantalan litu
  • Niobian barowo-strontowy
  • Ferroelektryki z grupy perowskitów: modyfikowane cyrkonian ołowiu i tytanian ołowiu oraz germanian ołowiu

Zastosowania piroelektryków

Piroelektryki znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach technologii. Jednym z kluczowych obszarów ich wykorzystania są matryce termowizyjne. Materiały te charakteryzują się stosunkowo niskimi kosztami produkcji oraz dużą wygodą użytkowania – nie wymagają chłodzenia ciekłym azotem, co czyni je bardziej dostępnymi dla szerokiego kręgu zastosowań.

Artykuł sporządzony na podstawie: Wikipedia (PL).