تفاوت اصلی بین پیرو الکتریک پیزوالکتریک و فروالکتریک این است که اثر پیزوالکتریک تولید بار سطحی در پاسخ به اعمال تنش خارجی به یک ماده است، اما اثر پیروالکتریک تغییر در قطبش خود به خودی یک ماده است. مواد در پاسخ به تغییر دما در حالی که، اثر فروالکتریک تغییر در بار سطحی در پاسخ به تغییر در قطبش خود به خودی است.
پیزوالکتریک، پیرو الکتریک و فروالکتریک سه اصطلاحی هستند که ما برای توصیف خواص الکتریکی مواد جامد استفاده می کنیم. این سه افکت با توجه به پاسخ هایی که بر اساس تغییرات ایجاد شده در ویژگی های دیگرشان نشان می دهند با یکدیگر متفاوت هستند.
پیزوالکتریک چیست؟
پیزوالکتریک به خاصیت مواد جامد خاصی اشاره دارد که در آن این مواد می توانند بار الکتریکی را با اعمال تنش مکانیکی جمع کنند. به عبارت دیگر، به برق حاصل از فشار و گرمای نهان اطلاق می شود. این واژه از یونانی سرچشمه گرفته است، جایی که piezin به معنای فشار دادن یا فشار دادن و elektron به معنای کهربا (منبع اولیه بار الکتریکی) است. این خاصیت پیزوالکتریک نامیده می شود و موادی که این خاصیت را نشان می دهند شامل کریستال ها، سرامیک های خاص و مواد بیولوژیکی مانند استخوان ها، DNA و پروتئین های مختلف است.
معمولاً، اثر پیزوالکتریک می تواند منجر به برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی بدون تقارن وارونگی شود. علاوه بر این، این اثر برگشت پذیر است زیرا موادی که می توانند اثر پیزوالکتریک را نشان دهند می توانند عکس اثر را نیز نشان دهند (این تولید یک کرنش مکانیکی است که از یک میدان الکتریکی اعمال شده ناشی می شود).
شکل 01: تولید ولتاژ توسط دیسک پیزوالکتریک بر اثر تغییر شکل
ماهیت اثر پیزوالکتریک تقریباً شبیه ممان دوقطبی الکتریکی در جامدات است. ما به راحتی می توانیم چگالی دوقطبی یا پلاریزاسیون را با جمع کردن گشتاورهای دوقطبی در هر حجم سلول واحد کریستالوگرافی محاسبه کنیم. معمولاً دوقطبی های همسایه تمایل دارند در مناطقی به نام دامنه های ویس همسو شوند. این فرآیند هم ترازی قطبی نامیده می شود که در آن یک میدان الکتریکی قوی در دماهای بالا در سراسر مواد اعمال می شود. با این حال، تمام مواد پیزوالکتریک را نمی توان قطبی کرد.
پیروالکتریک چیست؟
پیروالکتریک به این معنی است که خاصیت بلورهای خاص به دلیل قطبش الکتریکی طبیعی میدان الکتریکی زیادی دارد.به عبارت دیگر، توانایی برخی مواد جامد برای ایجاد ولتاژ موقت در هنگام گرم کردن یا سرد کردن است. این اصطلاح از معنای یونانی گرفته شده است. pyr به معنای "آتش" و "الکتریسیته" است. تغییرات در شرایط دما می تواند موقعیت اتم ها را در ساختار کریستالی کمی تغییر دهد و قطبش ماده را تغییر دهد. این تغییر در قطبش می تواند باعث ایجاد ولتاژ در کریستال شود. با این حال، میدان پیزوالکتریکی که یک بار ایجاد می شود به آرامی به دلیل جریان نشتی ناپدید می شود. این نشت به دلیل حرکت الکترون ها از طریق کریستال، حرکت یون ها در هوا، و جریان نشت از طریق ولت متری که به کریستال متصل است، رخ می دهد.
شکل 02: یک سنسور پیروالکتریک
اثر پیروالکتریک به دلیل حالات انرژی الکتریکی و حرارتی که مقدار انرژی جنبشی تولید نمی کنند رخ می دهد.در مقابل، اثر پیزوالکتریک به دلیل انرژی جنبشی و انرژی الکتریکی که گرما تولید نمی کند رخ می دهد. مواد پیروالکتریک سخت و کریستال هستند. اما ممکن است برخی از مواد نرم نیز وجود داشته باشند که با استفاده از الکتریک ساخته می شوند.
فروالکتریک چیست؟
فروالکتریک به خاصیت مواد خاصی اشاره دارد که دارای قطبش الکتریکی خود به خودی هستند که از طریق اعمال میدان های الکتریکی خارجی قابل برگشت است. معمولاً همه مواد فروالکتریک پیروالکتریک هستند، اما دارای خاصیت اضافی قطبش الکتریکی طبیعی برگشت پذیر است. اصطلاح فروالکتریک از فرومغناطیس گرفته شده است که قبل از کشف فروالکتریک کشف شد.
این نوع مواد به دلیل ماهیت غیرخطی در ساخت خازن ها مفید است. به طور معمول، این خازن ها حاوی یک جفت الکترود هستند که لایه ای از مواد فروالکتریک را ساندویچ می کنند. علاوه بر این، پلاریزاسیون خود به خودی مواد فروالکتریک حاکی از یک اثر پسماند است که در آن می‌توانیم از آن در عملکرد حافظه استفاده کنیم.علاوه بر این، خازن های فروالکتریک در ساخت RAM فروالکتریک مفید هستند.
تفاوت بین پیروالکتریک پیزوالکتریک و فروالکتریک چیست؟
اصطلاحات پیزوالکتریک، پیرو الکتریک، و اثر فروالکتریک به خواص الکتریکی مواد جامد اشاره دارد. تفاوت اصلی بین پیروالکتریک پیزوالکتریک و فروالکتریک این است که اثر پیزوالکتریک تولید بار سطحی در پاسخ به اعمال تنش خارجی به یک ماده است. در همین حال، اثر پیروالکتریک تغییر در قطبش خود به خودی یک ماده در پاسخ به تغییر دما است. در حالی که، اثر فروالکتریک، تغییر در قطبش خود به خودی است که منجر به تغییر در بار سطحی می شود.
اینفوگرافیک زیر تفاوت بین پیروالکتریک پیزوالکتریک و فروالکتریک را به صورت جدولی برای مقایسه کنار هم نشان می دهد.
خلاصه - پیزوالکتریک در مقابل پیرالکتریک در مقابل فروالکتریک
اثر پیزوالکتریک تولید بار سطحی در پاسخ به اعمال تنش خارجی به ماده است، در حالی که اثر پیرالکتریک تغییر در قطبش خود به خودی یک ماده در پاسخ به تغییر دما است. اثر فروالکتریک تغییر در بار سطحی در پاسخ به تغییر در قطبش خود به خودی است. بنابراین، این تفاوت اصلی بین پیروالکتریک پیزوالکتریک و فروالکتریک است.
