Les céramiques ferroélectriques sont une classe de matériaux pyroélectriques cristallins, c’est-à-dire des matériaux qui se polarisent électriquement lorsqu’ils sont refroidis en dessous d’une température particulière. La température critique à cet égard est le point de Curie, qui est peut-être mieux connu comme la température au-dessus de laquelle les matériaux ferromagnétiques tels que le fer perdent leur magnétisme. Le terme ferroélectrique, cependant, n’a aucun lien direct avec le fer. Dans les matériaux qui présentent l’effet ferroélectrique, la polarité peut être inversée sous l’influence d’un champ électrique d’orientation appropriée. De nombreux matériaux céramiques ayant cette propriété peuvent être fabriqués en chauffant des ingrédients en poudre à la température requise et en permettant la cristallisation lorsque le matériau se refroidit.
Les matériaux qui présentent cette propriété ont généralement une structure cristalline de pérovskite, terme qui vient du minéral pérovskite (CaTiO3), ou titanate de calcium. Ces composés ont la formule générale ABX3, où A est un gros cation, B est un cation beaucoup plus petit et X est un anion, généralement l’oxygène. La structure cristalline de ces matériaux est telle que les cations A forment un réseau cubique avec, à l’intérieur de chaque cube, un cation B entouré de six anions X. Les structures de pérovskite n’ont pas de centre de symétrie, dans la mesure où le cation B a tendance à s’éloigner du centre, ce qui est essentiel pour l’effet ferroélectrique. Des exemples de céramiques ferroélectriques avec ce type de structure cristalline sont le titanate de baryum (BaTiO3), le titanate de plomb (PbTiO3) et le niobate de potassium (KNbO3).
Lorsqu’un champ électrique est appliqué, les cations B changent de position dans le réseau cristallin en fonction de l’orientation du champ et restent dans ces positions lorsque le champ est éteint. Il en résulte que le matériau devient électriquement polarisé. Les positions des cations B peuvent cependant être modifiées en appliquant un champ électrique d’orientation différente. De cette manière, les céramiques ferroélectriques peuvent enregistrer des informations et peuvent donc être utilisées pour la mémoire d’un ordinateur.
L’une des applications les plus importantes de la ferroélectricité est la mémoire ferroélectrique à accès aléatoire (FRAM). Cela offre un stockage et une récupération très rapides des données, avec l’avantage que les données stockées sont préservées lorsqu’il n’y a pas d’alimentation électrique. Les céramiques ferroélectriques sont également très appropriées pour une utilisation dans les condensateurs. Les condensateurs multicouches constitués de centaines de feuilles minces de titanate de baryum avec des électrodes imprimées sont fabriqués en grandes quantités et ont une large gamme d’utilisations, par exemple dans l’imagerie par ultrasons et les caméras infrarouges à haute sensibilité. D’autres applications impliquent des céramiques ferroélectriques à couche mince, qui peuvent être utilisées dans des guides d’ondes optiques et des affichages à mémoire optique.