Co to są ceramika ferroelektryczna?

Ceramika ferroelektryczna to klasa krystalicznych materiałów piroelektrycznych - to znaczy materiałów, które stają się elektrycznie spolaryzowane po schłodzeniu poniżej określonej temperatury. Krytyczna temperatura pod tym względem jest punkt curie, który jest być może lepiej znany jako temperatura, powyżej, w której materiały ferromagnetyczne, takie jak żelazo, tracą magnetyzm. Termin ferroelektryczny nie ma jednak bezpośredniego połączenia z żelazem. W materiałach, które wykazują efekt ferroelektryczny, polaryzację można odwrócić pod wpływem pola elektrycznego odpowiedniej orientacji. Wiele materiałów ceramicznych z tą właściwością można wytwarzać poprzez ogrzewanie sproszkowanych składników do wymaganej temperatury i umożliwiając krystalizację w miarę ostszczenia materiału.

Materiały wykazujące tę właściwość zwykle mają strukturę krystaliczną perowskiego, termin pochodzi z mineralnego perowskitu (Catio _{3 ) lub titanianu wapnia. Związki te mają ogólny wzór ABX 3 , WHEree A jest dużym kationem, B jest znacznie mniejszym kationem, a X jest anionem, zwykle tlenem. Struktura krystaliczna tych materiałów jest taka, że ​​„A” kationy tworzą sześcienną sieć z, wewnątrz każdej kostki, kation „B” otoczony sześcioma anionami „X”. Struktury perowskiego nie mają środka symetrii, ponieważ kation „B” zwykle jest wypierany od centrum - jest to niezbędne dla efektu ferroelektrycznego. Przykładami ceramiki ferroelektrycznej z tym typem struktury krystalicznej są tytanian baru (Batio 3 ), ołowiany tytanian (pbtio 3 ) i niobate potasu (Knbo 3 ).}

.

Po przyłożeniu pola elektrycznego kationy „B” zmieniają pozycję w sieci kryształowej zgodnie z orientacją pola i pozostaje w tych pozycjach po wyłączeniu pola. Powoduje to, że materiał stał się spolaryzowany elektrycznie. Pozycje kationów „b”Można jednak zmienić, stosując pole elektryczne z inną orientacją. W ten sposób ceramika ferroelektryczna może rejestrować informacje i dlatego może być używana do pamięci komputera.

Jednym z najważniejszych zastosowań ferroelektryczności jest ferroelektryczna pamięć o dostępie losowym (FRAM). Oferuje to bardzo szybkie przechowywanie i pobieranie danych, z korzyścią, że przechowywane dane są zachowane, gdy nie ma zasilania. Ceramika ferroelektryczna jest również bardzo odpowiednia do stosowania w kondensatorach. Wielowarstwowe pojemniki składające się z setek cienkich arkuszy tytanianu baru z drukowanymi elektrodami są wytwarzane w dużych ilościach i mają szeroki zakres zastosowań, na przykład w obrazowaniu ultradźwiękowym i w podczerwieni o wysokiej czułości. Inne zastosowania obejmują ceramikę ferroelektryczną cienkowarstwową, które można stosować w falownikach optycznych i wyświetlaczach pamięci optycznej.