Was sind ferroelektrische Materialien?
Ferroelektrische Materialien sind Materialien mit einer natürlichen Ladungspolarisation, die durch ein externes elektrisches Feld, das als Schaltvorgang bezeichnet wird, umgekehrt werden kann. Die Eigenschaften der Ferroelektrizität sind seit 1921 bekannt, und ab 2011 wurde gezeigt, dass über 250 Verbindungen solche Eigenschaften aufweisen. Die Forschung konzentrierte sich auf Bleititanat, PbTiO 3 und verwandte Verbindungen. Von den ab 2011 untersuchten ferroelektrischen Materialien wurde gezeigt, dass alle piezoelektrische Materialien sind. Dies bedeutet, dass wenn mechanischer Druck oder andere Formen von energetischem Stress durch Audio- oder Lichtenergie auf solche Verbindungen ausgeübt werden, sie Elektrizität erzeugen.
Die Anwendungen der Ferroelektrizität erstrecken sich über ein breites Spektrum elektronischer Geräte, von Schaltungskomponenten wie Kondensatoren und Thermistoren bis hin zu Geräten mit elektrooptischen oder Ultraschallfähigkeiten. Eine der am aktivsten erforschten Arenen für ferroelektrische Materialien ist die des Computerspeichers. Die Konstruktion der Materialien im Nanometerbereich erzeugt sogenannte Wirbel-Nanodomänen, die kein elektrisches Feld benötigen, um die Polarisation umzuschalten. Mehrere staatliche Universitätssysteme in den USA, die bis 2011 mit dem Lawrence Berkeley National Laboratory zusammenarbeiten, perfektionieren das Material, das viel weniger Strom verbrauchen würde als herkömmliche magnetische Computerlaufwerke. Es wäre auch eine Festkörperform des Datenspeichers, die viel schneller und mit größerer Speicherkapazität als der derzeit auf dem Markt befindliche Flash-Speicher funktioniert und das Potenzial hat, ganze Betriebssysteme und Software eines Tages zu speichern, wodurch der Start und die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Computers erheblich beschleunigt werden größer.
Der ferroelektrische Effekt hat seinen Namen vom Ferromagnetismus, der permanentmagnetische Materialien auf Eisenbasis beschreibt, die in der Natur vorkommen. Dies ist jedoch ein Irrtum, da die meisten ferroelektrischen Materialien nicht auf dem Element Eisen basieren. Von Titandioxid abgeleitete Titansäuresalze bilden viele der wichtigsten ferroelektrischen Materialien, die derzeit erforscht werden. Dazu gehören Bariumtitanat, BaTiO 3 , Blei-Zirkonat-Titanat, PZT oder verwandte Verbindungen wie Natriumnitrat, NaNO 2 .
PZT ist seit 2011 das in der Industrie am häufigsten verwendete ferroelektrische Material. Es ist ein Hybridmaterial aus ferroelektrischem Bleititanat und anti-ferroelektrischem Bleizirkonat, das es ermöglicht, Formeln für das Material näher an das eine oder andere Ende des ferroelektrischen oder zu konstruieren anti-ferroelektrisches Spektrum. Da PZT auf seine Empfindlichkeit gegenüber mechanischen, akustischen oder elektrischen Feldern abgestimmt werden kann und ein Keramikmaterial ist, das sich leicht formen, formen und schneiden lässt, wird es häufig für passive Sensoren und Sender mit hochspezifischen Frequenzen verwendet.