Le choix du matériau est crucial pour les performances d'un capteur pyroélectrique. Ce matériau doit présenter un fort effet pyroélectrique (un coefficient pyroélectrique élevé) et idéalement posséder d'autres propriétés favorables telles qu'une faible constante diélectrique, une faible capacité thermique massique et une grande stabilité thermique. Plusieurs types de matériaux sont couramment utilisés :
- Cristaux uniques :
- Tantalate de lithium (LiTaO3): Ce matériau est très répandu grâce à son coefficient pyroélectrique élevé, sa température de Curie élevée (ce qui lui permet de conserver ses propriétés pyroélectriques jusqu'à plus de 600 °C), sa stabilité chimique et son coût relativement faible comparé à d'autres monocristaux. On le retrouve fréquemment dans les capteurs PIR haute performance.
- Sulfate de triglycine (TGS) : Ce matériau présente un coefficient pyroélectrique très élevé, notamment à proximité de sa température de Curie (environ 49 °C). Cependant, sa faible température de Curie, sa solubilité dans l'eau et sa fragilité mécanique limitent son utilisation à des applications spécifiques en laboratoire ou à des applications spécialisées, nécessitant souvent une stabilisation de la température.
- Céramique:
- Titanate de zirconate de plomb (PZT) Variantes: Il s'agit de céramiques ferroélectriques appartenant à la famille des pérovskites. En ajustant leur composition (rapport Zr/Ti) et en ajoutant des dopants (comme le lanthane – PLZT – ou l'uranium), leurs propriétés peuvent être modulées. Les céramiques à base de PZT présentent de bons coefficients pyroélectriques, peuvent être moulées sous diverses formes et sont relativement économiques à produire en grande quantité. Elles sont couramment utilisées dans de nombreux capteurs PIR commerciaux.
- D'autres céramiques comme les dérivés du titanate de plomb (PT) ou du germanate de plomb (PGO) sont également utilisées.
- Polymères:
- Polyfluorure de vinylidène (PVDF) et ses copolymères (par exemple, P(VDF-TrFE)) : Il s'agit de films polymères flexibles, légers et relativement peu coûteux, qui peuvent devenir pyroélectriques par étirement et polarisation. Bien que leurs coefficients pyroélectriques soient généralement inférieurs à ceux des cristaux ou des céramiques, leur flexibilité mécanique, leur faible conductivité thermique (garantissant une meilleure isolation thermique) et leur potentiel de fabrication sur de grandes surfaces les rendent adaptés à des applications spécifiques telles que les capteurs tactiles, les hydrophones ou les détecteurs infrarouges à bas coût.
Le choix dépend des exigences spécifiques de l'application, en équilibrant des facteurs tels que la sensibilité, la plage de températures de fonctionnement, le coût, la durabilité et la réponse en fréquence requise.