Τι είναι τα σιδηροηλεκτρικά κεραμικά;

Τα σιδηροηλεκτρικά κεραμικά είναι μια κατηγορία κρυσταλλικών πυροηραστικών υλικών mdash.Δηλαδή, τα υλικά που γίνονται ηλεκτρικά πολωμένα όταν ψύχονται κάτω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.Η κρίσιμη θερμοκρασία από αυτή την άποψη είναι το σημείο Curie, το οποίο είναι ίσως καλύτερα γνωστό ως η θερμοκρασία πάνω από την οποία τα σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σιδήρου χάνουν τον μαγνητισμό τους.Ο όρος Ferroelectric, ωστόσο, δεν έχει άμεση σύνδεση με το σίδερο.Σε υλικά που παρουσιάζουν το σιδηροηλεκτρικό αποτέλεσμα, η πολικότητα μπορεί να αντιστραφεί υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου του κατάλληλου προσανατολισμού.Πολλά κεραμικά υλικά με αυτήν την ιδιότητα μπορούν να κατασκευαστούν με θέρμανση σε σκόνη συστατικών στην απαιτούμενη θερμοκρασία και επιτρέποντας την κρυστάλλωση καθώς το υλικό ψύχεται.

Υλικά που εμφανίζουν αυτή την ιδιότητα συνήθως έχουν κρυσταλλική δομή perovskite, έναν όρο που προέρχεται από τον ορυκτό περοβσκίτη (Catio ₃ ), ή τιτανικό ασβέστιο.Αυτές οι ενώσεις έχουν τον γενικό τύπο ABX ₃ , όπου Α είναι ένα μεγάλο κατιόν, το Β είναι ένα πολύ μικρότερο κατιόν και το Χ είναι ένα ανιόν, συνήθως οξυγόνο.Η κρυσταλλική δομή αυτών των υλικών είναι τέτοια ώστε τα κατιόντα "Α" να σχηματίζουν ένα κυβικό πλέγμα με, μέσα σε κάθε κύβο, ένα κατιόν "Β" που περιβάλλεται από έξι ανιόντα "Χ".Οι δομές perovskite δεν έχουν κέντρο συμμετρίας, καθώς το κατιόν "Β" τείνει να μετατοπιστεί μακριά από το κέντρο mdash.Αυτό είναι απαραίτητο για το σιδηροηλεκτρικό αποτέλεσμα.Παραδείγματα σιδηροηλεκτρικών κεραμικών με αυτόν τον τύπο κρυσταλλικής δομής είναι το τιτανικό βάριο (Batio ₃ ), το τιτάνιο μολύβδου (Pbtio ₃ ) και το νηματοειδές κάλιο (knbo ₃ )."Η θέση των κατιόντων αλλάζει μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα σύμφωνα με τον προσανατολισμό του πεδίου και παραμένει σε αυτές τις θέσεις όταν το πεδίο είναι απενεργοποιημένο.Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το υλικό να γίνεται ηλεκτρικά πολωμένο.Ωστόσο, οι θέσεις των κατιόντων "Β" μπορούν να μεταβληθούν εφαρμόζοντας ένα ηλεκτρικό πεδίο με διαφορετικό προσανατολισμό.Με αυτόν τον τρόπο, τα σιδηροηλεκτρικά κεραμικά μπορούν να καταγράψουν πληροφορίες και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μνήμη του υπολογιστή.

Μία από τις σημαντικότερες εφαρμογές της σιδηροηλεκτρικής ενέργειας είναι η μνήμη τυχαίας πρόσβασης σιδηροηλεκτρικής πρόσβασης (FRAM).Αυτό προσφέρει πολύ γρήγορη αποθήκευση και ανάκτηση δεδομένων, με το πλεονέκτημα ότι τα αποθηκευμένα δεδομένα διατηρούνται όταν δεν υπάρχει τροφοδοσία.Τα σιδηροηλεκτρικά κεραμικά είναι επίσης πολύ κατάλληλα για χρήση σε πυκνωτές.Οι πυκνωτές πολλαπλών επιπέδων που αποτελούνται από εκατοντάδες λεπτές φύλλα τιτανικού βαρίου με τυπωμένα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται σε μεγάλες ποσότητες και έχουν ένα ευρύ φάσμα χρήσεων, για παράδειγμα στην απεικόνιση υπερήχων και τις υπερύθρες υψηλής ευαισθησίας.Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν σιδηροηλεκτρικά κεραμικά λεπτής υδατογράφησης, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οπτικά κυματοδηγούς και οθόνες οπτικής μνήμης.