วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกคืออะไร?

วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกเป็นวัสดุที่มีโพลาไรเซชันประจุทางธรรมชาติที่สามารถย้อนกลับได้โดยสนามไฟฟ้าภายนอกซึ่งเรียกกันว่ากระบวนการสลับ ferroelectricity เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ปี 2464 และในปี 2554 มีสารประกอบมากกว่า 250 ชนิดที่แสดงคุณสมบัติดังกล่าว งานวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่ตะกั่วไททาเนต, PbTiO 3 และสารประกอบที่เกี่ยวข้อง จากวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกที่ศึกษา ณ ปี 2011 ทั้งหมดได้รับการแสดงให้เห็นว่าเป็นวัสดุ piezoelectric ซึ่งหมายความว่าหากแรงดันเชิงกลหรือความเครียดรูปแบบอื่นจากพลังงานเสียงหรือแสงถูกนำไปใช้กับสารประกอบดังกล่าวพวกเขาจะผลิตกระแสไฟฟ้า

แอพพลิเคชั่นของ ferroelectricity ครอบคลุมอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์หลากหลายตั้งแต่ส่วนประกอบของวงจรเช่นตัวเก็บประจุและเทอร์มิสเตอร์ไปจนถึงอุปกรณ์ที่มีความสามารถในการแยกชิ้นด้วยไฟฟ้า หนึ่งในสิ่งที่ถูกวิจัยอย่างแข็งขันสำหรับวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกคือหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ วิศวกรรมวัสดุในระดับนาโนเมตรสร้างสิ่งที่เรียกว่า vortex nanodomains ที่ไม่ต้องการสนามไฟฟ้าในการสลับขั้ว ระบบมหาวิทยาลัยของรัฐหลายแห่งในสหรัฐอเมริกาทำงานร่วมกันในปี 2554 กับห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์เบิร์กลีย์กำลังทำให้วัสดุสมบูรณ์แบบซึ่งจะต้องใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าไดรฟ์คอมพิวเตอร์แม่เหล็กแบบดั้งเดิม มันจะเป็นรูปแบบของแข็งของหน่วยความจำข้อมูลที่ทำงานได้เร็วกว่าและมีความจุมากกว่าหน่วยความจำแฟลชในตลาดปัจจุบันด้วยศักยภาพในการจัดเก็บทั้งวันทั้งระบบปฏิบัติการและซอฟต์แวร์ทำให้คอมพิวเตอร์เริ่มต้นและประมวลผลเร็วขึ้นมาก มากขึ้น

เฟอร์โรอิเล็กทริกเอฟเฟ็กต์ดึงชื่อมาจาก ferromagnetism ซึ่งอธิบายวัสดุแม่เหล็กถาวรที่ทำจากเหล็กที่พบในธรรมชาติ นี่เป็นบิตของการเรียกชื่อผิด แต่เป็นวัสดุ ferroelectric ส่วนใหญ่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับธาตุเหล็ก เกลือของกรดไททานิคซึ่งได้มาจากไทเทเนียมไดออกไซด์ประกอบด้วยวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกหลักหลายตัวภายใต้การวิจัย เหล่านี้รวมถึงแบเรียมติตาเนต BaTiO 3 ตะกั่วเซอร์โคเนียมไททาเนต PZT หรือสารประกอบที่เกี่ยวข้องเช่นโซเดียมไนเตรต NaNO 2

PZT เป็นวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในอุตสาหกรรม ณ ปี 2011 มันเป็นวัสดุไฮบริดระหว่างเฟอร์โรอิเล็กทริกตะกั่วไททาเนตและเซอร์โคเนียมตะกั่วต่อต้านเฟอร์โรอิเล็กทริกซึ่งช่วยให้สูตรสำหรับวัสดุได้รับการ anti-ferroelectric สเปกตรัม เนื่องจากสามารถปรับ PZT สำหรับความไวต่อสนามกลเสียงหรือสนามไฟฟ้าและเนื่องจากเป็นวัสดุเซรามิกที่มีรูปทรงหล่อและตัดได้ง่ายจึงมักถูกใช้สำหรับเซ็นเซอร์และเครื่องส่งสัญญาณแบบพาสซีฟในความถี่เฉพาะสูง