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工作原理

基于第一熱釋電效應(yīng)的熱釋電納米發(fā)電機(jī)的工作原理圖（a-c）。在室溫下、加熱下、冷卻下熱釋電發(fā)電機(jī)的工作原理圖分別為a, b, c。圖中標(biāo)出的角代表著偶極子熱擺動(dòng)的劇烈程度。

熱釋電納米發(fā)電機(jī)的工作原理將分兩種不同的情況進(jìn)行解釋：第一熱釋電效應(yīng)和第二熱釋電效應(yīng)。

第一熱釋電效應(yīng)描述了在沒有應(yīng)變情況下的產(chǎn)生的電荷，存在于PZT，BTO等鐵電材料中。 其機(jī)理是基于熱誘導(dǎo)的電偶極子在平衡軸附近的隨機(jī)擺動(dòng)，其大小隨著溫度變化的增加而變大。 在室溫下的熱擺動(dòng)，電偶極子將會在一定程度內(nèi)在其各自的對稱軸上隨機(jī)擺動(dòng)。在某一確定的溫度下，電偶極子自發(fā)極化形成的總的平均強(qiáng)度是不變的，因此，熱釋電納米發(fā)電機(jī)沒有輸出。如果我們讓納米發(fā)電機(jī)的溫度從室溫升高到較高的溫度，溫度的增加將導(dǎo)致電偶極子在各自的對稱軸附近更加劇烈的擺動(dòng)。由于擺角的增加，總的平均自發(fā)極化降低了。于是，電極上感生電荷的量減少了，從而產(chǎn)生了電子的流動(dòng)。如果發(fā)電機(jī)是被冷卻而不是被加熱，由于較低的熱激活能，電偶極子在更小的角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，自發(fā)極化將增強(qiáng)。相應(yīng)的電極上感生電荷的量也增加了。這將導(dǎo)致電子將沿著相反的方向流動(dòng)。

第二熱釋電效應(yīng)描述了熱膨脹引起的應(yīng)變導(dǎo)致的電荷，其存在于ZnO,CdS以及其他一些纖鋅礦結(jié)構(gòu)材料。 熱形變可以引起材料中的壓電電勢差，它能夠驅(qū)動(dòng)電子在外電路中的流動(dòng)。納米發(fā)電機(jī)的輸出與材料的壓電系數(shù)和熱形變有關(guān)。熱釋電納米發(fā)電機(jī)的輸出電流I由方程I=pA(dT/dt)確定，其中p表示熱釋電系數(shù)，A是納米發(fā)電機(jī)的有效面積，dT/dt是溫度變化率。

應(yīng)用

熱釋電納米發(fā)電機(jī)被期望能夠應(yīng)用到各種溫度隨時(shí)間波動(dòng)的地方。一種可行的應(yīng)用就是用作不需要外界電源而能夠工作的自驅(qū)動(dòng)傳感器。王中林教授小組已在2012年發(fā)明了一種利用熱釋電納米發(fā)電機(jī)用作自驅(qū)動(dòng)的溫度傳感器，這種傳感器可以探測溫度的變化，響應(yīng)時(shí)間和重置時(shí)間分別為0.9秒和3秒。 總之，熱釋電納米發(fā)電機(jī)具有輸出電壓高和輸出電流小的特點(diǎn)。它不僅可以作為潛在的電源，也可以作為自驅(qū)動(dòng)傳感器來監(jiān)測溫度變化。

參見

王中林

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