Что такое сегнетоэлектрические материалы?

Сегнетоэлектрические материалы - это материалы, которые обладают естественной поляризацией заряда, которая может быть изменена внешним электрическим полем, известным как процесс переключения. Свойство сегнетоэлектричества известно с 1921 года, и по состоянию на 2011 год было показано, что более 250 соединений обладают такими характеристиками. Исследования были сосредоточены на титанате свинца, PbTiO ₃ и родственных соединениях. Из сегнетоэлектрических материалов, изученных по состоянию на 2011 год, было показано, что все они являются пьезоэлектрическими материалами. Это означает, что если механическое давление или другие формы энергетического напряжения от звуковой или световой энергии будут применены к таким соединениям, они будут генерировать электричество.

Применения сегнетоэлектричества охватывают широкий спектр электронных устройств, от схемных компонентов, таких как конденсаторы и термисторы, до устройств с электрооптикой или ультразвуковыми возможностями. Одной из наиболее активно исследуемых областей для сегнетоэлектрических материалов является компьютерная память. Разработка материалов в нанометровом масштабе приводит к образованию так называемых вихревых нанодоменов, которым не требуется электрическое поле для переключения поляризации. Несколько государственных университетских систем в Соединенных Штатах Америки, которые до 2011 года работали вместе с Национальной лабораторией им. Лоуренса Беркли, совершенствуют материал, для которого потребуется гораздо меньше электроэнергии, чем для традиционных магнитных компьютерных приводов. Это также будет твердотельная форма памяти данных, которая будет функционировать намного быстрее и с большей емкостью памяти, чем флэш-память, имеющаяся в настоящее время на рынке, с возможностью в один день хранить целые операционные системы и программное обеспечение, делая запуск компьютера и скорость обработки намного больше.

Сегнетоэлектрический эффект получил свое название от ферромагнетизма, который описывает постоянные магнитные материалы на основе железа, которые встречаются в природе. Однако это немного ошибочно, так как большинство сегнетоэлектрических материалов не основаны на элементе железа. Соли титановой кислоты, полученные из диоксида титана, составляют многие из основных сегнетоэлектрических материалов, которые исследуются. К ним относятся титанат бария, BaTiO ₃ , титанат цирконата свинца, PZT или родственные соединения, такие как нитрат натрия, NaNO ₂ .

По состоянию на 2011 год PZT является наиболее широко используемым сегнетоэлектрическим материалом в промышленности. Он представляет собой гибридный материал между сегнетоэлектрическим титанатом свинца и антисегнетоэлектрическим цирконатом свинца, что позволяет составлять формулы для материала ближе к одному или другим концам сегнетоэлектрика или антисегнетоэлектрический спектр. Поскольку PZT может быть настроен на его чувствительность к механическим, звуковым или электрическим полям, и, поскольку он представляет собой керамический материал, который легко формовать, формовать и резать, его часто используют для пассивных датчиков и передатчиков на очень специфических частотах.