什么是热释电效应？

        热释电性是某些材料在温度变化的作用下产生电荷的能力,具有热释电性的材料称为热释电材料。

        通常,热释电材料宏观电矩正端表面将吸引负电荷,负端表面吸引正电荷,直到电矩产生的电场完全被屏蔽为止。

        但当温度变化时,材料的宏观电极化强度改变,屏蔽电荷失去平衡,材料表面多余的屏蔽电荷被释放出来,形成可以检测到的电流,这种效应称为热释电效应。

加热中热释电电流形成原理图

        与热电效应有所区别的是:热释电效应通常出现在电介质中,与偶极子的运动有关;热电效应出现在半导体或金属材料中,与材料内部的载流子或自由电荷在热场下的运动有关.

        热释电效应出现在含有固有电偶极矩的极性材料中,因此不具有对称中心,且含有一个惟一极性轴(电偶极矩)的材料才具有热释电性。

      如何计算热释电系数？

      通常用于表征材料热释电性的参数为热释电系数P:

      ∆P=p · ∆T

      式中∆P为极化强度变化量,p为热释电系数,∆T为温度变化量。

      在测量材料的热释电系数时,只需测量温度变化和极化变化,但极化变化无法直接测得,

      因此需要对计算公式进行处理。将公式两边同时进行微分并乘以电极面积可以得到如下公式

极化变化计算公式

        动态电流法测试热释电系数

        I=p·A·dT/dt

       I为温度变化时的热释电电流,A为电极面积,dT/dt为测试温度随时间的变化率。

       此时可以通过测量样品两端在温度变化时产生的电流计算材料的热释电系数。

       由于PVDF较为柔软,极化后又可以呈现出压电特性,因此在测量热释电系数时要考虑二级热释电效应,即由于温度效应导致材料发生形变产生的压电电流。为了导致二级热释电效应的影响,在测试中应通过调整夹持的方式减小热膨胀产生的形变量