Die Materialauswahl ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit eines pyroelektrischen Sensors. Das Material muss einen starken pyroelektrischen Effekt (einen hohen pyroelektrischen Koeffizienten) aufweisen und idealerweise weitere günstige Eigenschaften wie eine niedrige Dielektrizitätskonstante, eine geringe spezifische Wärmekapazität und eine hohe thermische Stabilität besitzen. Verschiedene Materialtypen werden häufig verwendet:
- Einkristalle:
- Lithiumtantalat (LiTaO3): Aufgrund seines hohen pyroelektrischen Koeffizienten, seiner hohen Curie-Temperatur (es behält seine pyroelektrischen Eigenschaften bis zu hohen Temperaturen von über 600 °C bei), seiner chemischen Stabilität und seiner im Vergleich zu anderen Einkristallen relativ geringen Kosten zählt es zu den am häufigsten verwendeten Materialien. Es findet breite Anwendung in Hochleistungs-PIR-Sensoren.
- Triglycinsulfat (TGS): Es weist einen sehr hohen pyroelektrischen Koeffizienten auf, insbesondere in der Nähe seiner Curie-Temperatur (um 49 °C). Aufgrund seiner niedrigen Curie-Temperatur, seiner Wasserlöslichkeit und seiner mechanischen Sprödigkeit ist seine Anwendung jedoch auf bestimmte Labor- oder Spezialanwendungen beschränkt, die häufig eine Temperaturstabilisierung erfordern.
- Keramik:
- Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) Varianten: Hierbei handelt es sich um ferroelektrische Keramiken aus der Perowskit-Familie. Durch Anpassung der Zusammensetzung (Zr/Ti-Verhältnis) und Zugabe von Dotierstoffen (wie Lanthan – PLZT oder Uran) lassen sich ihre Eigenschaften gezielt einstellen. PZT-basierte Keramiken weisen gute pyroelektrische Koeffizienten auf, sind formbar und relativ kostengünstig in großen Mengen herstellbar. Sie werden häufig in kommerziellen PIR-Sensoren eingesetzt.
- Auch andere Keramiken wie Bleititanat (PT) oder Bleigermanat (PGO)-Derivate werden verwendet.
- Polymere:
- Polyvinylidenfluorid (PVDF) und seine Copolymere (z. B. P(VDF-TrFE)): Es handelt sich um flexible, leichte und relativ kostengünstige Polymerfolien, die durch Dehnungs- und Polungsprozesse pyroelektrisch gemacht werden können. Obwohl ihre pyroelektrischen Koeffizienten im Allgemeinen niedriger sind als die von Kristallen oder Keramiken, eignen sie sich aufgrund ihrer mechanischen Flexibilität, ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit (was zu einer besseren Wärmeisolierung führt) und der Möglichkeit zur großflächigen Fertigung für spezifische Anwendungen wie taktile Sensoren, Hydrophone oder kostengünstige Infrarotdetektoren.
Die Wahl hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab, wobei Faktoren wie Empfindlichkeit, Betriebstemperaturbereich, Kosten, Haltbarkeit und erforderlicher Frequenzgang gegeneinander abgewogen werden müssen.