Hva er ferroelektrisk keramikk?

Ferroelektrisk keramikk er en klasse av krystallinske pyroelektriske materialer - det vil si materialer som blir elektrisk polarisert når de avkjøles under en bestemt temperatur. Den kritiske temperaturen i denne forbindelse er Curie -punktet, som kanskje er bedre kjent som temperaturen over hvilke ferromagnetiske materialer som jern mister magnetismen. Begrepet ferroelektrisk har imidlertid ingen direkte forbindelse med jern. I materialer som viser den ferroelektriske effekten, kan polariteten reverseres under påvirkning av et elektrisk felt av passende orientering. Mange keramiske materialer med denne egenskapen kan produseres ved å varme opp pulverformede ingredienser til den nødvendige temperaturen og tillate krystallisering som materialet avkjøles.

Materialer som viser denne egenskapen har typisk en perovskittkrystallstruktur, et begrep som kommer fra mineralet perovskitt (Catio 3 ), eller kalsiumtitan. Disse forbindelsene har den generelle formelen ABX _{3 , whEre A er en stor kation, B er en mye mindre kation og X er en anion, vanligvis oksygen. Krystallstrukturen til disse materialene er slik at “A” -kationene danner et kubikkgitter med, inne i hver kube, en “B” -kation omgitt av seks “X” -anioner. Perovskittstrukturer har ikke et symmetri -senter, ved at "B" -kationen har en tendens til å bli fortrengt bort fra sentrum - dette er viktig for den ferroelektriske effekten. Eksempler på ferroelektrisk keramikk med denne typen krystallstruktur er bariumtitanat (Batio 3 ), bly titanat (PBTIO 3 ) og kaliumniobat (KNBo 3 ).}

Når et elektrisk felt påføres, endrer “B” -kationer posisjonen i krystallgitteret i henhold til orienteringen av feltet, og forblir i disse stillingene når feltet er slått av. Dette resulterer i at materialet blir elektrisk polarisert. Posisjonene til "B" -kationeneKan imidlertid endres ved å bruke et elektrisk felt med en annen retning. På denne måten kan ferroelektrisk keramikk registrere informasjon og kan derfor brukes til dataminne.

En av de viktigste anvendelsene av ferroelektrisitet er ferroelektrisk tilfeldig tilgangsminne (FRAM). Dette gir veldig rask lagring og gjenfinning av data, med fordelen at de lagrede dataene er bevart når det ikke er strømforsyning. Ferroelektrisk keramikk er også veldig egnet for bruk i kondensatorer. Flerlags kondensatorer bestående av hundrevis av tynne ark bariumtitanat med trykte elektroder produseres i store mengder og har et bredt spekter av bruk, for eksempel i ultralydavbildning og infrarøde kameraer med høy følsomhet. Andre applikasjoner involverer tynnfilm ferroelektrisk keramikk, som kan brukes i optiske bølgeledere og optiske minneskjermer.