Co jsou ferroelektrická keramika?

Ferroelektrická keramika je třída krystalických pyroelektrických materiálů - tj. Materiálů, které se po ochlazení pod určitou teplotu elektricky polarizují. Kritickou teplotou v tomto ohledu je Curieův bod, který je snad lépe známý jako teplota, nad kterou feromagnetické materiály, jako je železo, ztratí svůj magnetismus. Termín ferroelektrický však nemá žádné přímé spojení se železem. U materiálů, které vykazují ferroelektrický účinek, může být polarita obrácena pod vlivem elektrického pole vhodné orientace. Mnoho keramických materiálů s touto vlastností může být vyrobeno zahříváním práškových přísad na požadovanou teplotu a umožněním krystalizace při ochlazování materiálu.

Materiály, které vykazují tuto vlastnost, mají obvykle krystalickou strukturu perovskitu, což je termín, který pochází z minerálního perovskitu (CaTi03) nebo titaničitanu vápenatého. Tyto sloučeniny mají obecný vzorec ABX3, kde A je velký kation, B je mnohem menší kation a X je anion, obvykle kyslík. Krystalová struktura těchto materiálů je taková, že kationty „A“ vytvářejí kubickou mříž s uvnitř každé krychle kationt „B“ obklopený šesti anionty „X“. Perovskitové struktury nemají střed symetrie, protože kation „B“ má sklon být odsunut od středu - to je nezbytné pro ferroelektrický efekt. Příklady ferroelektrické keramiky s tímto typem krystalové struktury jsou titaničitan barnatý (BaTi03), titaničitan olova (PbTi03) a niobát draselný (KNb03).

Při použití elektrického pole změní kationty „B“ polohu v krystalové mřížce podle orientace pole a zůstanou v těchto polohách, když je pole vypnuté. To má za následek elektrickou polarizaci materiálu. Pozice kationtů „B“ však lze změnit použitím elektrického pole s jinou orientací. Tímto způsobem může ferroelektrická keramika zaznamenávat informace, a proto může být použita pro paměť počítače.

Jednou z nejdůležitějších aplikací ferroelektrické energie je ferroelektrická paměť s náhodným přístupem (FRAM). To nabízí velmi rychlé ukládání a vyhledávání dat, s výhodou, že uložená data jsou zachována, když není k dispozici žádné napájení. Ferroelektrická keramika je také velmi vhodná pro použití v kondenzátorech. Vícevrstvé kondenzátory skládající se ze stovek tenkých listů titaničitanu barnatého s tištěnými elektrodami jsou vyráběny ve velkém množství a mají široké použití, například v ultrazvukových zobrazovacích a infračervených kamerách s vysokou citlivostí. Jiné aplikace zahrnují tenkovrstvou ferroelektrickou keramiku, kterou lze použít v optických vlnovodech a optických paměťových displejích.