強誘電性セラミックスとは
強誘電性セラミックは、結晶性焦電材料のクラスです。つまり、特定の温度以下に冷却されると電気的に分極する材料です。 この点での臨界温度はキュリー点です。これは、鉄などの強磁性体が磁性を失う温度としておそらくよく知られています。 ただし、強誘電体という用語には鉄との直接的な関係はありません。 強誘電効果を示す材料では、適切な方向の電界の影響下で極性を反転させることができます。 この特性を持つ多くのセラミック材料は、粉末原料を必要な温度に加熱し、材料が冷えるにつれて結晶化させることで製造できます。
この特性を示す材料は通常、ペロブスカイト結晶構造、鉱物ペロブスカイト（CaTiO 3 ）、またはチタン酸カルシウムに由来する用語を持っています。 これらの化合物は一般式ABX 3を持ちます。ここで、Aは大きな陽イオン、Bははるかに小さな陽イオン、Xは陰イオン、通常は酸素です。 これらの材料の結晶構造は、「A」陽イオンが立方格子を形成し、各立方体の内部に「B」陽イオンが6つの「X」陰イオンに囲まれたものです。 ペロブスカイト構造には対称中心がありません。「B」カチオンが中心から離れる傾向があるためです-これは強誘電効果に不可欠です。 このタイプの結晶構造を持つ強誘電性セラミックの例は、チタン酸バリウム（BaTiO 3 ）、チタン酸鉛（PbTiO 3 ）、ニオブ酸カリウム（KNbO 3 ）です。
電場が印加されると、「B」カチオンは電場の方向に従って結晶格子内の位置を変え、電場がオフになったときにこれらの位置に留まります。 これにより、材料が電気的に分極されます。 ただし、「B」カチオンの位置は、異なる方向の電界を印加することで変更できます。 このようにして、強誘電性セラミックは情報を記録できるため、コンピューターのメモリに使用できます。
強誘電性の最も重要なアプリケーションの1つは、強誘電体ランダムアクセスメモリ（FRAM）です。 これにより、データの非常に高速な保存と取得が可能になり、電源がない場合でも保存されたデータが保持されるという利点があります。 強誘電性セラミックは、コンデンサでの使用にも非常に適しています。 プリント電極を備えた数百枚のチタン酸バリウムの薄いシートで構成される多層コンデンサは、大量に製造され、たとえば超音波イメージングや高感度赤外線カメラなど、幅広い用途があります。 他の用途には、薄膜の強誘電性セラミックが含まれます。これは、光導波路および光学メモリディスプレイで使用できます。