Vad är ferroelektrisk keramik?
Ferroelektrisk keramik är en klass av kristallina pyroelektriska material - det vill säga material som blir elektriskt polariserade när de kyls under en viss temperatur. Den kritiska temperaturen i detta avseende är Curie-punkten, som kanske är bättre känd som temperaturen över vilken ferromagnetiska material som järn tappar sin magnetism. Termen ferroelektrisk har dock ingen direkt förbindelse med järn. I material som uppvisar den ferroelektriska effekten kan polariteten vändas under påverkan av ett elektriskt fält med lämplig orientering. Många keramiska material med denna egenskap kan tillverkas genom att värma pulverformiga ingredienser till den erforderliga temperaturen och tillåta kristallisation när materialet svalnar.
Material som uppvisar denna egenskap har vanligtvis en perovskitkristallstruktur, en term som kommer från mineralperovskiten (CaTiO 3 ) eller kalciumtitanat. Dessa föreningar har den allmänna formeln ABX 3 , där A är en stor katjon, B är en mycket mindre katjon och X är en anjon, vanligtvis syre. Kristallstrukturen i dessa material är sådan att "A" -katjonerna bildar ett kubiskt gitter med, inuti varje kub, en "B" -kation omgiven av sex "X" -jonjoner. Perovskite-strukturer har inte ett centrum för symmetri, eftersom "B" -kationen tenderar att förskjutas bort från mitten - detta är viktigt för den ferroelektriska effekten. Exempel på ferroelektrisk keramik med denna typ av kristallstruktur är bariumtitanat (BaTiO3), blytitanat (PbTiO3) och kaliumniobat (KNbO3).
När ett elektriskt fält appliceras ändrar “B” -katjonerna position i kristallgitteret beroende på fältets orientering och förblir i dessa lägen när fältet är avstängt. Detta resulterar i att materialet blir elektriskt polariserat. Positionerna för B-katjonerna kan dock ändras genom att applicera ett elektriskt fält med en annan inriktning. På detta sätt kan ferroelektrisk keramik spela in information och kan därför användas för datorminne.
En av de viktigaste användningarna av ferroelektricitet är ferroelektriskt random access-minne (FRAM). Detta erbjuder mycket snabb lagring och hämtning av data, med fördelen att den lagrade informationen bevaras när det inte finns någon strömförsörjning. Ferroelektrisk keramik är också mycket lämplig för användning i kondensatorer. Flerskiktskondensatorer bestående av hundratals tunna ark bariumtitanat med tryckta elektroder tillverkas i stora mängder och har ett brett användningsområde, till exempel vid ultraljudsavbildning och infraröda kameror med hög känslighet. Andra tillämpningar involverar tunnfilms ferroelektrisk keramik, som kan användas i optiska vågledare och optiska minnesskärmar.