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 så måte 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 har den ferroelektriske effekten, kan polariteten reverseres under påvirkning av et elektrisk felt med passende orientering. Mange keramiske materialer med denne egenskapen kan fremstilles ved å varme opp pulverformede ingredienser til ønsket temperatur og tillate krystallisering når materialet avkjøles.
Materialer som viser denne egenskapen har typisk en perovskitt krystallstruktur, en betegnelse som kommer fra mineralperovskitten (CaTiO 3 ) eller kalsiumtitanat. Disse forbindelsene har den generelle formelen ABX 3 , hvor A er en stor kation, B er en mye mindre kation og X er et anion, vanligvis oksygen. Krystallstrukturen til disse materialene er slik at “A” -kationene danner et kubisk gitter med, inne i hver kube, en “B” -kation omgitt av seks “X” -ioner. Perovskittstrukturer har ikke et symmetrisenter, ved at “B” -kationen har en tendens til å bli fortrengt bort fra sentrum - dette er avgjørende for den ferroelektriske effekten. Eksempler på ferroelektrisk keramikk med denne typen krystallstruktur er bariumtitanat (BaTiO 3 ), blytitanat (PbTiO 3 ) og kaliumniobat (KNbO 3 ).
Når et elektrisk felt brukes, endrer “B” -kationene posisjon innenfor krystallgitteret i samsvar med feltets retning, og forblir i disse stillingene når feltet er slått av. Dette resulterer i at materialet blir elektrisk polarisert. Posisjonene til “B” -kationene kan 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 bruksområdene for ferroelektrisitet er ferroelektrisk tilfeldig minne (FRAM). Dette gir veldig rask lagring og gjenfinning av data, med fordelen at lagrede data blir bevart når det ikke er strømforsyning. Ferroelektrisk keramikk er også veldig egnet for bruk i kondensatorer. Flerlagskondensatorer bestående av hundrevis av tynne ark med bariumtitanat med trykte elektroder er produsert i store mengder og har et bredt spekter av bruksområder, for eksempel innen ultralydavbildning og infrarøde kameraer med høy følsomhet. Andre bruksområder involverer tynnfilm ferroelektrisk keramikk, som kan brukes i optiske bølgeledere og optiske minneskjermer.