Skip to main content

Wat zijn ferro-elektrische materialen?

  • Boris

Ferro-elektrische materialen zijn materialen met een natuurlijke ladingspolarisatie die kunnen worden omgekeerd door een extern elektrisch veld, bekend als het schakelproces. De eigenschap van ferro-elektriciteit is bekend sinds 1921 en vanaf 2011 is aangetoond dat meer dan 250 verbindingen dergelijke kenmerken vertonen. Onderzoek heeft zich gericht op loodtitanaat, PbTiO 3 en gerelateerde verbindingen. Van de ferro-elektrische materialen die vanaf 2011 zijn onderzocht, zijn alle piëzo-elektrische materialen gebleken. Dit betekent dat als mechanische druk of andere vormen van energetische stress van audio of lichtenergie op dergelijke verbindingen worden toegepast, deze elektriciteit zullen genereren.

De toepassingen van ferro-elektriciteit omvatten een breed spectrum van elektronische apparaten, van circuitcomponenten zoals condensatoren en thermistors tot apparaten met elektro-optica of ultrasone mogelijkheden. Een van de meest actief onderzochte arena's voor ferro-elektrische materialen is dat van computergeheugen. Engineering van de materialen op nanometerschaal produceert zogenaamde nanodomeinen voor wervelingen die geen elektrisch veld nodig hebben om polarisatie te schakelen. Verschillende staatsuniversitaire systemen in de Verenigde Staten die tot 2011 samenwerken met het Lawrence Berkeley National Laboratory perfectioneren het materiaal, dat veel minder elektrische stroom zou vereisen dan traditionele magnetische computeraandrijvingen. Het zou ook een solid-state vorm van gegevensgeheugen zijn die veel sneller en met een grotere opslagcapaciteit functioneert dan het flash-geheugen dat momenteel op de markt is, met het potentieel om op een dag volledige besturingssystemen en software op te slaan, waardoor de computer veel sneller opstart en verwerkt groter.

Het ferro-elektrische effect ontleent zijn naam aan ferromagnetisme, dat permanente magnetische materialen op basis van ijzer beschrijft die in de natuur worden gevonden. Dit is echter een beetje een verkeerde benaming, omdat de meeste ferro-elektrische materialen niet gebaseerd zijn op het element ijzer. Zouten van titaanzuur die zijn afgeleid van titaandioxide vormen veel van de belangrijkste ferro-elektrische materialen die worden onderzocht. Deze omvatten bariumtitanaat, BaTi03, loodzirkonaattitanaat, PZT of verwante verbindingen zoals natriumnitraat, NaN02.

PZT is het meest gebruikte ferro-elektrisch materiaal in de industrie vanaf 2011. Het is een hybride materiaal tussen ferro-elektrisch loodtitanaat en anti-ferro-elektrisch loodzirkonaat, waardoor formules voor het materiaal dichter bij een of de andere uiteinden van de ferro-elektrische of anti-ferro-elektrisch spectrum. Omdat PZT kan worden afgestemd op zijn gevoeligheid voor mechanische, audio- of elektrische velden, en omdat het een keramisch materiaal is dat gemakkelijk kan worden gevormd, gevormd en gesneden, wordt het vaak gebruikt voor passieve sensoren en zenders in zeer specifieke frequenties.