2022-2023学年高二物理竞赛课件：第三热释电效应

第三热释电效应 2 第三热释电效应 在非均匀受热且机械自由的条件下，极化的改变不仅来源于初级和次级热释电效应，而且来源于热应力通过压电效应造成的第三热释电效应，后者对极化的改变的贡献为， 这里dmnp和Xnp分别为压电常量和热应力分量，r和t分别为位矢和时间。因为样品中的热应力取决于受热条件，它是位置和时间的函数，所以第三热释电效应的表征是一件困难的事情。 3 初级热释电系数和次级热释电系数 先推导次级热释电系数的表达式。假设电场恒定(为零)，电位移只是应变和温度的函数 4 在温度，电场和应变为独立变量时，特征函数为电吉布斯自由能G2。 因为 所以 5 此式表明，电场和应变恒定时的热释电系数等于应变恒定时的电热系数。 求偏微商可得出： 6 铁电体中，电场造成熵的改变是因为电场改变了极化状态。去极化将引起熵的增加，绝热条件下去极化将引起温度降低。所以利用电热效应可实现绝热去极化致冷。因温度变化很小，这个制冷技术迄今尚未实用，不过研究工作仍在进行。 7 于是 令dXi=0,由以上两式可得出 8 此式左边为总热释电系数，右边第一项是初级热释电系数，第二项是次级热释电系数。因为： 这里emi和i分别为压电应力常量和热胀系数，所以式(8.21)为 9 右边的第二项表明次级热释电系数等于压电应力常量与热胀系数之积。将式(8.21)改写为 它表明： 10 右边第二项表明，次级热释电系数等于压电应变常量d，弹性刚度c,与热胀系数积。 下表列出了一些热释电体在室温附近总热释电系数pX和初级热释电系数px的数值，可以看到，在大多数情况下，初级热释电系数都是总热释电系数的主要贡献者。 11 一些热释电体的零应力、零应变和部分夹持热释电系数 材料 PX(10-6Cm-2K-1) Px(10-6Cm-2K-1) Ppc(10-6Cm-2K-1) CdS(6mm) CdSe(6mm) ZnO(6mm) LiSO4 H2O(2) LiTaO3(3m) Pb3Ge3O11(3) 电气石(3m) Sr0.5Ba0.5Nb2O6(4mm) -4.0 -3.5 -9.4 +86.3 -176 -100 +4.0 -600 -2.97 -2.94 -6.9 +60 -175 -116 +0.48 -500 -0.13 -0.67 -0.35 -161 -92 -470 12 考虑3m点群的y切晶片。设其厚度为l并处于机械自由状态，前表面接受非均匀的热辐射。令晶体物理坐标系的轴X,Y,Z分别于晶片的长度，厚度和宽度平行。近似认为晶片温度变化以及热应力和应变都仅是厚度方向坐标y和时间t的函数，即： $$