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焦電気(「物性科学事典」)

焦電気(「物性科学事典」)

焦電気 しょうでんき
pyroelectricity

結晶の中には電場をかけなくても、温度を変えただけでその表面に正負の電荷が現れる ものがあるが、この性質を焦電気(ピロ電気、パイロ電気などという)といい、 電気石(tourmaline)などで古くから知られている現象である。このような性質を示す 結晶は32晶族のうち10種類の点群(C6v-6mm、C6-6、C4v-4mm、 C4-4、C3v-3m、C3-3、C2v-2mm、C2-2、 CS-m、C1)に属するものに限られており、それらを極性結晶という。 極性結晶では、それを構成する原子の正負の電荷の重心が一致していないため、外部電場なしでも 自発分極している。通常、自発分極PSは外部から飛来する空間電荷などによって 中和されているが、温度を変えると結晶を構成している原子の位置も変化するので、 自発分極の大きさもそれに応じて変化する。その変化分儕Sが表面に電荷として 現れ、観測にかかる。ただし、極性結晶に属する物質でも、儕Sが非常に小さい 場合や、導電性が高い場合はそのような電荷は直ちに中和されてしまうので、焦電気は認識 出来ないこともある。儕S=(dPS/dT)儺=P(T)儺としてP(T)を 焦電率(pyroelectric constant)と呼ぶ。P(T)の大きさは、Li2SO4・H2Oで 7.7X10-5C/(m2・K)、 電気石で0.35〜0.44X10-5C/(m2・K)程度(室温)と報告されている。 P(T)が大きく絶縁性が高い物質では、発生した電荷により試料自身が充電されて非常に高い電圧を 発生するものもある。焦電気の測定は、焦電荷を電位計で測定したり、焦電流を検流計で測定 して行う。焦電体は温度センサーなどに応用されている。なお、強誘電体とは、必ず焦電性結晶 であり、その中で外部電場を加えることにより、その自発分極の方向を反転できるもののことを いうが、焦電性結晶であっても強誘電体であるとは限らない。   (高重正明)


[参考文献]
「物性科学事典」(東京大学物性研究所) P.444〜P.445(東京書籍株式会社 1996年2月29日第一刷発行)
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