¿Qué son las cerámicas ferroeléctricas?

La cerámica ferroeléctrica es una clase de materiales piroeléctricos cristalinos, es decir, materiales que se polarizan eléctricamente cuando se enfrían por debajo de una temperatura particular. La temperatura crítica a este respecto es el punto de Curie, que tal vez se conoce mejor como la temperatura por encima de la cual los materiales ferromagnéticos como el hierro pierden su magnetismo. El término ferroeléctrico, sin embargo, no tiene conexión directa con el hierro. En materiales que exhiben el efecto ferroeléctrico, la polaridad puede invertirse bajo la influencia de un campo eléctrico de la orientación apropiada. Muchos materiales cerámicos con esta propiedad pueden fabricarse calentando ingredientes en polvo a la temperatura requerida y permitiendo la cristalización a medida que el material se enfría.

Los materiales que exhiben esta propiedad típicamente tienen una estructura cristalina de perovskita, un término que proviene del mineral perovskita (CaTiO ₃ ) o titanato de calcio. Estos compuestos tienen la fórmula general ABX ₃ , donde A es un catión grande, B es un catión mucho más pequeño y X es un anión, generalmente oxígeno. La estructura cristalina de estos materiales es tal que los cationes "A" forman una red cúbica con, dentro de cada cubo, un catión "B" rodeado de seis aniones "X". Las estructuras de perovskita no tienen un centro de simetría, ya que el catión "B" tiende a desplazarse fuera del centro; esto es esencial para el efecto ferroeléctrico. Ejemplos de cerámica ferroeléctrica con este tipo de estructura cristalina son titanato de bario (BaTiO ₃ ), titanato de plomo (PbTiO ₃ ) y niobato de potasio (KNbO ₃ ).

Cuando se aplica un campo eléctrico, los cationes "B" cambian de posición dentro de la red cristalina de acuerdo con la orientación del campo, y permanecen en estas posiciones cuando el campo se apaga. Esto da como resultado que el material se polarice eléctricamente. Sin embargo, las posiciones de los cationes "B" pueden alterarse aplicando un campo eléctrico con una orientación diferente. De esta manera, la cerámica ferroeléctrica puede registrar información y, por lo tanto, puede usarse para la memoria de la computadora.

Una de las aplicaciones más importantes de la ferroelectricidad es la memoria de acceso aleatorio ferroeléctrico (FRAM). Esto ofrece almacenamiento y recuperación de datos muy rápidos, con la ventaja de que los datos almacenados se conservan cuando no hay fuente de alimentación. La cerámica ferroeléctrica también es muy adecuada para su uso en condensadores. Los condensadores de capas múltiples que consisten en cientos de láminas delgadas de titanato de bario con electrodos impresos se fabrican en grandes cantidades y tienen una amplia gama de usos, por ejemplo, en imágenes de ultrasonido y cámaras infrarrojas de alta sensibilidad. Otras aplicaciones incluyen cerámica ferroeléctrica de película delgada, que se puede usar en guías de onda ópticas y pantallas de memoria óptica.