电介质与铁电体

热释电效应

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有些晶体本就带着内置的极化,电荷在它们内部轻轻偏向一边。现在把这样一块晶体稍微加热或冷却一下。这份内置极化会随温度变化而强弱不同,这一变化又让晶体两端冒出一个小电压。极化对温度的这种敏感,就是热释电效应。

它之所以发生,是因为加热会让晶体膨胀、抖动,从而改变电荷究竟偏离中心多远,于是自发极化随温度而涨落。在温度变化的当口,原本悄悄平衡着极化的那层表面电荷一时对不上号,一个可测量的电压便闪现出来。一旦把温度稳住,杂散电荷又慢慢爬回来重新平衡,电压随之消退——热释电效应只对“变化”做反应,而不对一份恒定的温暖做反应。

这之所以重要,是因为它是那些一开就亮门廊灯、一触就报警的运动感应探测器的基础:它们感知的,是有人走过时身体那变化着的红外热量。最关键的误解是,以为一块持续温暖的晶体会给出一个恒定电压;其实只有温度在变动时你才拿得到信号。每一种热释电晶体也必定是极性的、压电的,但并非每一种压电晶体都是热释电的。

那个一感应到动静就点亮门廊灯的传感器,在一片透镜后面藏着一块热释电晶体。当一个温热的人走进视野,晶体的温度会一瞬间往上跳,它的极化随之改变,那一下短促的电压脉冲就告诉电路:“有东西动了。”

运动传感器读取的,正是温热身体经过时热释电晶体产生的电压脉冲。

热释电效应只在温度变化期间给出信号;一块被保持在任何恒定温度(无论冷热)下的晶体,不会产生持久的电压。

又称
pyroelectric effect热释电效应