Le ceramiche ferroelettriche sono una classe di materiali piroelettrici cristallini, ovvero materiali che diventano elettricamente polarizzati quando vengono raffreddati al di sotto di una particolare temperatura. La temperatura critica in questo senso è il punto di Curie, che è forse meglio conosciuto come la temperatura al di sopra della quale i materiali ferromagnetici come il ferro perdono il loro magnetismo. Il termine ferroelettrico, tuttavia, non ha alcun collegamento diretto con il ferro. Nei materiali che presentano l’effetto ferroelettrico, la polarità può essere invertita sotto l’influenza di un campo elettrico di orientamento appropriato. Molti materiali ceramici con questa proprietà possono essere prodotti riscaldando gli ingredienti in polvere alla temperatura richiesta e consentendo la cristallizzazione mentre il materiale si raffredda.
I materiali che presentano questa proprietà hanno tipicamente una struttura cristallina di perovskite, un termine che deriva dal minerale perovskite (CaTiO3) o titanato di calcio. Questi composti hanno la formula generale ABX3, dove A è un catione grande, B è un catione molto più piccolo e X è un anione, solitamente ossigeno. La struttura cristallina di questi materiali è tale che i cationi “A” formano un reticolo cubico con, all’interno di ogni cubo, un catione “B” circondato da sei anioni “X”. Le strutture di perovskite non hanno un centro di simmetria, in quanto il catione “B” tende a spostarsi lontano dal centro – questo è essenziale per l’effetto ferroelettrico. Esempi di ceramiche ferroelettriche con questo tipo di struttura cristallina sono il titanato di bario (BaTiO3), il titanato di piombo (PbTiO3) e il niobato di potassio (KNbO3).
Quando viene applicato un campo elettrico, i cationi “B” cambiano posizione all’interno del reticolo cristallino in base all’orientamento del campo e rimangono in queste posizioni quando il campo viene spento. Ciò fa sì che il materiale si polarizza elettricamente. Le posizioni dei cationi “B” possono però essere alterate applicando un campo elettrico con diverso orientamento. In questo modo, la ceramica ferroelettrica può registrare informazioni e può quindi essere utilizzata per la memoria del computer.
Una delle applicazioni più importanti della ferroelettricità è la memoria ferroelettrica ad accesso casuale (FRAM). Ciò offre un’archiviazione e un recupero dei dati molto rapidi, con il vantaggio che i dati archiviati vengono conservati in assenza di alimentazione. Le ceramiche ferroelettriche sono anche molto adatte per l’uso nei condensatori. I condensatori multistrato costituiti da centinaia di fogli sottili di titanato di bario con elettrodi stampati sono prodotti in grandi quantità e hanno un’ampia gamma di usi, ad esempio nell’imaging a ultrasuoni e nelle termocamere a infrarossi ad alta sensibilità. Altre applicazioni coinvolgono ceramiche ferroelettriche a film sottile, che possono essere utilizzate in guide d’onda ottiche e display di memoria ottica.