Что такое сегнетоэлектрические материалы?
Сегнетоэлектрические материалы — это уникальные вещества, которые обладают естественной электрической поляризацией. Это означает, что они могут сохранять электрический заряд даже без внешнего воздействия. Однако их поляризацию можно изменить с помощью внешнего электрического поля. Это свойство называется процессом переключения. Сегнетоэлектричество было открыто в 1921 году, и с тех пор ученые обнаружили более 250 соединений, обладающих такими характеристиками. Одним из самых известных примеров является титанат свинца (PbTiO₃), который активно изучается в научных кругах.
Сегнетоэлектрики также являются пьезоэлектрическими материалами. Это значит, что они могут генерировать электричество под воздействием механического давления, звуковых волн или световой энергии. Например, если на такой материал надавить или подвергнуть его вибрации, он начнет вырабатывать электрический заряд. Это свойство делает сегнетоэлектрики чрезвычайно полезными в различных областях промышленности и техники.
Применение сегнетоэлектрических материалов
Сегнетоэлектрики нашли широкое применение в электронике. Их используют в производстве конденсаторов, термисторов и других компонентов электрических схем. Благодаря своим уникальным свойствам, они также применяются в устройствах с электрооптическими и ультразвуковыми возможностями. Например, ультразвуковые датчики, которые используются в медицине для диагностики, часто содержат сегнетоэлектрические материалы.
Одной из самых перспективных областей применения сегнетоэлектриков является компьютерная память. Ученые разрабатывают материалы на нанометровом уровне, создавая так называемые вихревые нанодомены. Эти структуры могут переключаться без необходимости применения внешнего электрического поля, что делает их идеальными для использования в энергоэффективных устройствах хранения данных. Например, исследователи из нескольких университетов США совместно с Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли работают над созданием нового типа памяти, который будет потреблять значительно меньше энергии, чем традиционные магнитные приводы. Такая память будет работать быстрее и иметь большую емкость, чем современная флэш-память. В будущем это может позволить хранить целые операционные системы и программное обеспечение, что значительно ускорит запуск компьютеров и обработку данных.
История и происхождение названия
Название «сегнетоэлектрик» происходит от термина «ферромагнетизм», который описывает материалы, обладающие постоянным магнитным полем. Однако это название может вводить в заблуждение, так как большинство сегнетоэлектрических материалов не содержат железа. Вместо этого они часто состоят из соединений титана, таких как титанат бария (BaTiO₃) или цирконат-титанат свинца (PZT). Эти материалы обладают уникальными свойствами, которые делают их идеальными для использования в различных технологиях.
PZT — самый популярный сегнетоэлектрический материал
Цирконат-титанат свинца (PZT) является одним из самых широко используемых сегнетоэлектрических материалов в промышленности. Это гибридный материал, который сочетает в себе свойства сегнетоэлектрического титаната свинца и антисегнетоэлектрического цирконата свинца. Благодаря этому PZT можно настраивать для работы в различных условиях, что делает его универсальным инструментом в производстве датчиков и передатчиков. Например, PZT часто используется в устройствах, которые работают на определенных частотах, таких как ультразвуковые датчики или микрофоны.
