초전기 - 발견, 물리적 기반 및 응용
발견의 역사
전설에 따르면 초전기에 대한 최초의 기록은 기원전 314년 고대 그리스의 철학자이자 식물학자인 Theophrastus에 의해 만들어졌습니다. 이 기록에 따르면 테오프라스투스는 광물 전기석의 결정이 가열되면 재와 짚 조각을 끌어당기기 시작한다는 사실을 발견한 적이 있습니다. 훨씬 후인 1707년에 독일 조각가 요한 슈미트가 초전기 현상을 재발견했습니다.
또 다른 버전이 있는데, 이 버전에 따르면 초전기의 발견은 유명한 고대 그리스 철학자이자 여행자인 Miletus의 Thales에 기인하며, 이 버전에 따르면 기원전 6세기 초에 발견했습니다. N. E. 동부 국가를 여행하면서 Thales는 광물과 천문학에 대해 기록했습니다.
문지른 호박이 빨대를 아래로 끌어당기는 능력을 조사함으로써 마찰에 의한 대전 현상을 과학적으로 해석할 수 있었다. Plato는 나중에 Timaeus 대화에서 이 이야기를 설명했습니다.플라톤 이후, 이미 10세기에 페르시아 철학자 알-비루니는 그의 작품 "광물학"에서 석류석 결정의 유사한 특성을 설명했습니다.
프란츠 에피누스와 요한 빌케가 서로 마찰할 때 특정 물질의 분극화를 연구하기 시작한 1757년에 결정의 초전기성과 다른 유사한 전기 현상 사이의 연관성이 입증되고 발전되었습니다.
127년 후, 독일의 물리학자 아우구스트 쿤트(August Kundt)는 전기석 결정을 가열하고 붉은 납과 유황 가루가 섞인 체에 붓는 생생한 실험을 보여줄 것입니다. 유황은 양전하를 띠고 적색 납은 음전하를 띠게 되어 토르말린 결정의 한쪽 면을 적황색 적색 납으로 착색하고 다른 쪽 면은 밝은 황회색으로 덮이게 됩니다. 그런 다음 August Kund는 토르말린을 식히고 크리스탈의 "극성"이 바뀌고 색상이 바뀌었습니다. 청중은 기뻐했습니다.
이 현상의 본질은 전기석 결정의 온도가 1도만 변해도 결정에 센티미터당 약 400볼트의 전기장이 나타난다는 것이다. 전기석은 모든 초전기와 마찬가지로 둘 다입니다. 압전 (그런데 모든 압전 소자가 초전 소자인 것은 아닙니다.)
물리적 기반
물리적으로 초전기 현상은 온도 변화로 인해 결정에 전기장이 나타나는 것으로 정의됩니다. 온도 변화는 직접적인 가열, 마찰 또는 복사로 인해 발생할 수 있습니다. 이러한 결정에는 외부 영향이 없는 상태에서 자발적(자발적) 분극이 있는 유전체가 포함됩니다.
자발적 분극은 생성된 전기장이 주변 공기와 결정의 벌크에 의해 결정에 적용되는 자유 전하의 전기장에 의해 상쇄되기 때문에 일반적으로 눈에 띄지 않습니다. 결정의 온도가 변하면 자발 분극의 크기도 변하여 자유 전하 보상이 발생하기 전에 관찰되는 전기장이 나타납니다.
초전기의 자발 분극화의 변화는 온도 변화뿐만 아니라 기계적 변형에 의해서도 시작될 수 있습니다. 그렇기 때문에 모든 초전기도 압전기이지만 모든 압전기가 초전기인 것은 아닙니다.자발 분극, 즉 결정 내부의 음전하와 양전하의 무게 중심 불일치는 결정의 낮은 자연 대칭으로 설명됩니다.
초전기의 응용
오늘날 초전기는 방사선 수신기 및 감지기, 온도계 등의 일부로 다양한 목적의 감지 장치로 사용됩니다. 이러한 장치는 모두 초전기의 핵심 특성을 이용합니다. 즉, 시료에 작용하는 모든 유형의 방사선은 시료의 온도 변화와 그에 따른 분극화 변화를 일으킵니다. 이 경우 샘플 표면이 전도성 전극으로 덮여 있고 이러한 전극이 와이어로 측정 회로에 연결되면 전류가 이 회로를 통해 흐릅니다.
그리고 초전기 변환기의 입력에 초전기 온도의 변동을 일으키는 모든 종류의 방사선 흐름이 있는 경우(예를 들어 방사선 강도의 인공 변조에 의해 주기성이 얻어짐) 전류는 특정 주파수에 따라 변경되는 출력에서 얻었습니다.
초전기 방사선 검출기의 장점은 무한히 넓은 범위의 검출 방사선, 고감도, 고속, 열 안정성을 포함합니다. 적외선 영역에서 초전기 수신기를 사용하는 것이 특히 유망합니다.
그들은 실제로 저전력 열 에너지 흐름 감지, 짧은 레이저 펄스의 출력 및 모양 측정, 매우 민감한 비접촉 및 접촉 온도 측정(마이크로 정도의 정확도로) 문제를 해결합니다.
오늘날 열 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 위해 초전기를 사용할 가능성이 심각하게 논의되고 있습니다. 복사 에너지의 교류 흐름은 초전기 요소의 외부 회로에서 교류 전류를 생성합니다. 그리고 이러한 장치의 효율은 기존의 에너지 변환 방법보다 낮지만 일부 특수 응용 분야에서는 여전히 이 변환 방법이 상당히 수용 가능합니다.
적외선 이미징 시스템(야간 투시 등)에서 방사선의 공간적 분포를 시각화하기 위해 초전기 효과를 사용하는 이미 사용된 가능성이 특히 유망합니다. 생성된 초전성 비디콘 — 초전성 타겟이 있는 열 전달 텔레비전 튜브.
따뜻한 물체의 이미지가 대상에 투사되어 주사 전자빔으로 판독되는 전하의 해당 릴리프를 그 위에 구축합니다. 전자빔 전류에 의해 생성된 전압은 화면에 물체의 이미지를 그리는 빔의 밝기를 제어합니다.