Co to są materiały ferroelektryczne?
Materiały ferroelektryczne to materiały posiadające naturalną polaryzację ładunku, którą można odwrócić za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego, znanego jako proces przełączania. Właściwość ferroelektryczności jest znana od 1921 r., A od 2011 r. Wykazano, że ponad 250 związków wykazuje takie cechy. Badania skupiły się na tytanianu ołowiu, PbTiO 3 i powiązanych związkach. Spośród materiałów ferroelektrycznych badanych od 2011 r. Wykazano, że wszystkie są materiałami piezoelektrycznymi. Oznacza to, że jeśli do takich związków zastosowane zostanie ciśnienie mechaniczne lub inne formy stresu energetycznego pochodzącego od dźwięku lub energii świetlnej, wytworzą one elektryczność.
Zastosowania ferroelektryczności obejmują szerokie spektrum urządzeń elektronicznych, od elementów obwodów, takich jak kondensatory i termistory, po urządzenia z funkcjami elektrooptycznymi lub ultradźwiękowymi. Jedną z najbardziej aktywnie badanych dziedzin materiałów ferroelektrycznych jest pamięć komputerowa. Inżynieria materiałów w skali nanometrycznej daje tak zwane nanodomeny wirowe, które nie wymagają pola elektrycznego do zmiany polaryzacji. Kilka stanowych systemów uniwersyteckich w Stanach Zjednoczonych współpracujących do 2011 r. Z Lawrence Berkeley National Laboratory udoskonala materiał, który wymagałby znacznie mniej energii elektrycznej niż tradycyjne napędy magnetyczne. Byłaby to również półprzewodnikowa forma pamięci danych, która działa znacznie szybciej i ma większą pojemność niż pamięć flash dostępna obecnie na rynku, z możliwością jednego dnia przechowywania całych systemów operacyjnych i oprogramowania, znacznie zwiększając szybkość uruchamiania i przetwarzania komputera większy.
Efekt ferroelektryczny wywodzi swoją nazwę od ferromagnetyzmu, który opisuje trwałe materiały magnetyczne na bazie żelaza występujące w naturze. Jest to jednak trochę mylące, ponieważ większość materiałów ferroelektrycznych nie jest oparta na elemencie żelaznym. Sole kwasu tytanowego pochodzące z dwutlenku tytanu stanowią wiele głównych badanych materiałów ferroelektrycznych. Należą do nich tytanian baru, BaTiO3, tytanian cyrkonianu ołowiu, PZT lub pokrewne związki, takie jak azotan sodu, NaNO2.
PZT jest najczęściej stosowanym materiałem ferroelektrycznym w przemyśle od 2011 roku. Jest to materiał hybrydowy między ferroelektrycznym tytanianem ołowiu i anty-ferroelektrycznym cyrkonianem ołowiu, który umożliwia formułowanie materiału bliżej jednego lub drugiego końca ferroelektrycznego lub widmo anty ferroelektryczne. Ponieważ PZT można dostroić ze względu na jego wrażliwość na pola mechaniczne, audio lub elektryczne, a ponieważ jest to materiał ceramiczny, który można łatwo kształtować, formować i ciąć, jest on często stosowany do pasywnych czujników i nadajników o bardzo określonych częstotliwościach.