2.1. Исследования пироэлектрических свойств

Количественно характеристикой пироэффекта служит пирокоэффициент - характеризующий изменение спонтанной поляризации монодоменного кристалла с изменением температуры [105-108]:

где P_s- спонтанная поляризация кристалла, Т- температура.

Среди количественных методов исследования пироэлектрического эффекта, заключающихся в измерении пироэлектрического коэффициента (1), различают статические и динамические [105-114]. Эти методы сводятся к измерению величины заряда, возникающего на металлизированных обкладках образца при изменении его температуры, но они отличаются способами реализации изменения температуры и измерения приращения заряда (рис.2.1).

Теоретическое рассмотрение пироэлектрического кристалла в виде плоскопараллельной однородной и изотропной пластины с нанесенными на противоположные грани, перпендикулярные полярной оси, электродами, проведенное авторами [108], дает следующее уравнение для выходного напряжения:

Рис. 2.1. Схематическое изображение возникновения пироэлектрических зарядов; на вставках: (а) - направление поля при поляризации образца; (б) - схема измерения пироэлектрического заряда.

Решение этого уравнения зависит от начальных условий, выбора закона изменения температуры, тепловой постоянной времени кристалла при измерениях. Выбор закона изменения температуры определяется допустимой погрешностью измерения у(Т), складывающейся из погрешности измерения приращения температуры, ее абсолютного значения и приращения заряда. Также выбор закона изменения температуры во времени определяется возможностью точного воспроизведения этого закона.

Пироэлектрические измерения следует проводить при малых значениях приращения температуры и возникающего напряжения. Сопротивление пироэлектрического кристалла может очень быстро меняться с температурой, особенно в области фазового перехода. Ток проводимости необходимо снизить, чтобы исключить погрешность измерения пиротока. Авторы [109,110] предложили пироэлектрические измерения проводить в режиме короткого замыкания с использованием операционного усилителя. Условие короткого 47

замыкания (нулевое значение электрического поля на входе усилителя) достигается путем подключения калибровочного сопротивления или емкости в цепь обратной связи [115]. Таким образом, обеспечивается равенство нулю электрического поля и сопротивления нагрузки, что приводит к упрощению расчетных формул и позволяет непосредственно получить температурный ход пироэлектрического коэффициента. При таком подключении операционный усилитель работает в режиме преобразователя ток - напряжение.

Исследования пиротока в работе производились динамическим методом с использованием прямоугольной модуляции теплового потока - TSW-методом (Thermal Square Wave Method at single-freqency) [116-119].

Суть динамического метода состоит в регистрации пиросигнала при периодическом нагреве и охлаждении образца модулированным тепловым потоком. При периодическом изменении температуры образца путем импульсного нагрева пироэлектрика модулированным тепловым потоком в сегнетоэлектрическом кристалле устанавливаются тепловые колебания с периодом изменения температуры его поверхности, затухающим по экспоненте по мере прохождения вглубь материала [120]. Эти колебания температуры вызывают различный пироэлектрический отклик в разных слоях кристалла, поэтому основной вклад в измеряемые пироэлектрические характеристики вносит ближайшая к облучаемой поверхности часть образца.

где а - коэффициент тепловой диффузии, f- частота модуляции теплового потока.

Как отмечено авторами [109], в случае прямоугольной модуляции теплового потока пироотклик повторяет форму тепловых импульсов, когда частота модуляции много больше обратного времени термической релаксации [125],

Согласно эксперименту [126] пироотклик имеет прямоугольную форму, когда l