O que são cerâmicas ferroelétricas?
A cerâmica ferroelétrica é uma classe de materiais piroelétricos cristalinos - ou seja, materiais que se polarizam eletricamente quando resfriados abaixo de uma temperatura específica. A temperatura crítica a esse respeito é o ponto Curie, que talvez seja mais conhecido como a temperatura acima da qual materiais ferromagnéticos, como o ferro, perdem seu magnetismo. O termo ferroelétrico, no entanto, não tem conexão direta com o ferro. Nos materiais que exibem o efeito ferroelétrico, a polaridade pode ser revertida sob a influência de um campo elétrico com a orientação apropriada. Muitos materiais cerâmicos com essa propriedade podem ser fabricados aquecendo os ingredientes em pó até a temperatura necessária e permitindo a cristalização à medida que o material esfria.
Os materiais que exibem essa propriedade geralmente têm uma estrutura de cristal de perovskita, um termo que vem do mineral perovskita (CaTiO 3 ) ou titanato de cálcio. Esses compostos têm a fórmula geral ABX 3 , onde A é um cátion grande, B é um cátion muito menor e X é um ânion, geralmente oxigênio. A estrutura cristalina desses materiais é tal que os cátions "A" formam uma rede cúbica com, dentro de cada cubo, um cátion "B" cercado por seis ânions "X". As estruturas de perovskita não têm um centro de simetria, pois o cátion “B” tende a se deslocar para fora do centro - isso é essencial para o efeito ferroelétrico. Exemplos de cerâmicas ferroelétricas com esse tipo de estrutura cristalina são titanato de bário (BaTiO3), titanato de chumbo (PbTiO3) e niobato de potássio (KNbO3).
Quando um campo elétrico é aplicado, os cátions “B” mudam de posição dentro da estrutura cristalina de acordo com a orientação do campo e permanecem nessas posições quando o campo é desligado. Isso resulta no material se polarizando eletricamente. As posições dos cátions “B” podem, no entanto, ser alteradas aplicando um campo elétrico com uma orientação diferente. Dessa forma, a cerâmica ferroelétrica pode registrar informações e, portanto, pode ser usada para a memória do computador.
Uma das aplicações mais importantes da ferroeletricidade é a memória de acesso aleatório ferroelétrico (FRAM). Isso oferece armazenamento e recuperação de dados muito rápidos, com a vantagem de que os dados armazenados são preservados quando não há fonte de alimentação. A cerâmica ferroelétrica também é muito adequada para uso em capacitores. Os capacitores multicamadas que consistem em centenas de folhas finas de titanato de bário com eletrodos impressos são fabricados em grandes quantidades e têm uma ampla variedade de usos, por exemplo, em imagens de ultrassom e câmeras infravermelhas de alta sensibilidade. Outras aplicações envolvem cerâmica ferroelétrica de película fina, que pode ser usada em guias de onda ópticos e displays de memória óptica.