Que sont les céramiques ferroélectriques?
Les céramiques ferroélectriques constituent une classe de matériaux pyroélectriques cristallins, c'est-à-dire des matériaux qui se polarisent électriquement lorsqu'ils sont refroidis au-dessous d'une température donnée. La température critique à cet égard est le point de Curie, mieux connu sous le nom de température au-dessus de laquelle les matériaux ferromagnétiques tels que le fer perdent leur magnétisme. Le terme ferroélectrique n’a cependant pas de lien direct avec le fer. Dans les matériaux qui présentent l'effet ferroélectrique, la polarité peut être inversée sous l'influence d'un champ électrique d'orientation appropriée. De nombreux matériaux céramiques ayant cette propriété peuvent être fabriqués en chauffant les ingrédients en poudre à la température requise et en permettant la cristallisation à mesure que le matériau refroidit.
Les matériaux qui présentent cette propriété ont généralement une structure cristalline de pérovskite, terme qui vient du perovskite minéral (CaTiO 3 ), ou titanate de calcium. Ces composés ont la formule générale ABX 3 , où A est un grand cation, B est un cation beaucoup plus petit et X est un anion, généralement l’oxygène. La structure cristalline de ces matériaux est telle que les cations «A» forment un réseau cubique avec, à l'intérieur de chaque cube, un cation «B» entouré de six anions «X». Les structures en pérovskite n'ont pas de centre de symétrie, le cation «B» ayant tendance à s'éloigner du centre, ce qui est essentiel pour l'effet ferroélectrique. Des exemples de céramiques ferroélectriques ayant ce type de structure cristalline sont le titanate de baryum (BaTiO 3 ), le titanate de plomb (PbTiO 3 ) et le niobate de potassium (KNbO 3 ).
Lorsqu'un champ électrique est appliqué, les cations «B» changent de position dans le réseau cristallin en fonction de l'orientation du champ et restent dans ces positions lorsque le champ est éteint. Le matériau devient polarisé électriquement. Les positions des cations «B» peuvent toutefois être modifiées en appliquant un champ électrique d'orientation différente. De cette manière, les céramiques ferroélectriques peuvent enregistrer des informations et peuvent donc être utilisées comme mémoire d'ordinateur.
Une des applications les plus importantes de la ferroélectricité est la mémoire FRAM (Ferroelectric Random Memory). Ceci offre un stockage et une récupération très rapides des données, avec l'avantage que les données stockées sont préservées en l'absence d'alimentation. Les céramiques ferroélectriques conviennent également très bien aux condensateurs. Les condensateurs multicouches constitués de centaines de minces feuilles de titanate de baryum avec des électrodes imprimées sont fabriqués en grande quantité et ont un large éventail d'utilisations, par exemple dans l'imagerie par ultrasons et les caméras infrarouges à haute sensibilité. D'autres applications concernent les céramiques ferroélectriques à couches minces, qui peuvent être utilisées dans les guides d'ondes optiques et les affichages à mémoire optique.