什麼是熱電性

某些晶體的電極化強度隨温度變化而釋放表面吸附的部分電荷的性質。它只能發生在不具有中心對稱的晶體中。在32種晶體的宏觀對稱類型中，只有10種具有惟一的極軸；晶體中離子沿極軸正反兩個方向的配置不完全相同而產生電矩，導致晶體沿極軸方向出現一個宏觀不等於零的固有極化強度

P

。通常在晶體表面上總電矩的正負端容易吸附異性電荷直到完全抵消總電矩所產生的宏觀電場，所以這種固有極化並不表露出來。但是

P

與温度有關;當温度變化時由於

P

的改變而釋放出表面吸附的部分電荷，這種現象稱為熱電效應；國內亦曾譯為熱釋電效應。具有熱電性的晶體稱為熱電體。當温度變化ΔT時，

P

的變化Δ

P

的分量

稱pi為熱電係數。經過人工極化的鐵電體(見鐵電性)都具有熱電性，

P

等於剩餘極化強度

P

r；對於鐵電單晶體，可以做到

P

十分接近等於自發極化強度

P

s。

熱電效應的大小與晶體所受的機械約束有關。在被鉗制不能發生形變的晶體中出現的熱電效應為一級效應，或稱主效應。在自由晶體中，除一級效應外還有因熱膨脹所誘導的壓電效應也會改變表面吸附的電荷量，這是次級熱電效應。晶體的温度、應力或應變不均勻時所引起的附加作用屬於三級熱電效應，亦稱假熱電效應。當晶體的彈性常數、壓電係數和膨脹係數的温度變化關係為已知時，可以通過計算分出一級和次級效應對熱電係數的貢獻。例如Li2SO4·H2O的總熱電係數為86.3×10-6C/(m2·K)；其中一級效應貢獻60.2×10-6C/(m2·K)，次級效應貢獻26.1×10-6C/(m2轉·K)。

典型的熱電晶體的p值為10-5數量級。在恆定温度下要產生相當於ΔT＝1°C所引起的ΔP值，需施加70kV/m的外電場。鐵電體的熱電效應比非鐵電體例如電氣石、CdS等大很多，並且p值與温度有關；靠近居里點時鐵電體的熱電係數變得特別大。

熱電體有重要和廣泛的應用，如紅外探測器、熱電激光量熱計、夜視儀以及各種光譜儀接收器等。它的優點是不用低温冷卻，但目前靈敏度比相應半導體器件稍低。

參考書目

S. B. Lang，Sourcebook of Pyroelectricity， Vol. 2，Gordon and Breach Publ. New York， London，Paris， 1974.