Hvad er ferroelektrisk keramik?
Ferroelektrisk keramik er en klasse af krystallinske pyroelektriske materialer - det vil sige materialer, der bliver elektrisk polariserede, når de afkøles under en bestemt temperatur. Den kritiske temperatur i denne henseende er Curie-punktet, som måske bedre er kendt som temperaturen over hvilket ferromagnetiske materialer som jern mister deres magnetisme. Udtrykket ferroelektrisk har imidlertid ingen direkte forbindelse med jern. I materialer, der udviser den ferroelektriske virkning, kan polariteten vendes under påvirkning af et elektrisk felt med den rette orientering. Mange keramiske materialer med denne egenskab kan fremstilles ved at opvarme pulveriserede ingredienser til den krævede temperatur og tillade krystallisation, når materialet afkøles.
Materialer, der udviser denne egenskab, har typisk en perovskitkrystallstruktur, et udtryk, der kommer fra mineralperovskiten (CaTiO 3 ) eller calciumtitanat. Disse forbindelser har den generelle formel ABX 3 , hvor A er en stor kation, B er en meget mindre kation og X er en anion, normalt ilt. Krystallstrukturen af disse materialer er sådan, at “A” -kationerne danner et kubisk gitter med inde i hver terning en “B” -kation omgivet af seks “X” -ioner. Perovskitekonstruktioner har ikke et center for symmetri, idet “B” -kationen har tendens til at blive forskudt væk fra centrum - dette er vigtigt for den ferroelektriske effekt. Eksempler på ferroelektrisk keramik med denne type krystalstruktur er bariumtitanat (BaTiO3), blytitanat (PbTiO3) og kaliumniobat (KNbO3).
Når der anvendes et elektrisk felt, ændrer “B” -kationerne position inden i krystalgitteret i henhold til feltets orientering og forbliver i disse positioner, når feltet er slukket. Dette resulterer i, at materialet bliver elektrisk polariseret. Positionerne for “B” -kationerne kan imidlertid ændres ved at anvende et elektrisk felt med en anden retning. På denne måde kan ferroelektrisk keramik registrere information og kan derfor bruges til computerhukommelse.
En af de vigtigste anvendelser af ferroelektricitet er ferroelektrisk tilfældig adgangshukommelse (FRAM). Dette giver meget hurtig lagring og hentning af data, med den fordel, at de lagrede data bevares, når der ikke er strømforsyning. Ferroelektrisk keramik er også meget velegnet til brug i kondensatorer. Flerlagskondensatorer, der består af hundreder af tynde lag bariumtitanat med trykte elektroder, fremstilles i store mængder og har en lang række anvendelser, for eksempel til ultralydsafbildning og infrarøde kameraer med høj følsomhed. Andre anvendelser involverer tyndfilm-ferroelektrisk keramik, som kan bruges i optiske bølgeledere og optiske hukommelsesdisplay.