铁电晶体是换能材料的一种，特指压电晶体中具有自发式极化且自发极化方向能随外施电场方向改变而转向的一类晶体。
铁电材料在计算机存储器、超敏感传感器、声呐设备、手机、平板电脑等电子产品中有广泛应用，其研究进展对于推动相关领域的发展具有重要意义。随着研究的不断深入，未来可能还会有更多新的成果涌现。
一、材料特性
铁电晶体作为一类换能材料会发生电致伸缩，即在外电场作用下，电介质产生与电场场强二次方成正比的形变。其主要构成包括钛酸钡类陶瓷、铁磁晶体、多晶体以及铁氧体类的烧结材料等。
铁电晶体的特点是具有自发极化，且在一定温度范围内，自发极化偶极矩能随外施电场的方向而改变，产生电滞回线，这是其最基本的特性。当温度高于某一临界值（居里点）时，其晶格结构发生改变，正负电荷中心重合，自发极化消失。
所有的铁电材料都同时具备铁电性和压电性。铁电性是指在一定温度范围内材料会产生自发极化，且自发极化可以在外电场作用下改变方向。压电性则是实现机械能与电能相互转换的一种性质，即给材料施加外力使其发生形变时，内部会产生极化并在表面出现电荷（压电效应）；反之，施加电场则材料会发生形变而产生机械力（逆压电效应）。
铁电晶体的种类较多，按不同的分类方式有多种类型。例如按结晶化学分类，可分为双氧化物铁电体（如钙钛矿型、钨青铜型、铌酸锂型、烧绿石型、含铋层状结构等）、非氧化物铁电体和氢键铁电体；按铁电体顺电相有无压电性分类，可分为在顺电相没有中心对称的晶体和在顺电相有中心对称的晶体；根据铁电体极性轴的数目分类，可分为只有一根极性轴的铁电体和可有有多根极性轴的铁电体等。
铁电晶体在压电、介电、热释电和电致伸缩等方面有许多应用。例如在传感器技术中用于测量压力、温度、应力等物理量；可用作可调谐电容器，通过改变外部电场来调整电容值；在非挥发性存储器中有潜在应用等。
二、应用领域
1.数据存储：可用于制造非易失性存储器，如铁电随机存取存储器（FeRAM）。利用铁电材料的极化状态来存储信息，具有读写速度快、功耗低、可重复读写次数多等优点。
2.传感器：例如压力传感器、应变传感器等。铁电晶体在受到应力作用时会产生极化变化，通过检测这种变化可以实现对压力、应变等物理量的测量。
3.超声换能器：铁电晶体的电致伸缩特性使其可用于声波、超声波换能器，在医疗诊断（如超声成像）、工业检测等领域发挥作用。
4.光电器件：可用于制造电光晶体器件，如Q开关等，通过改变折射率来控制光的传播。
5.射频器件：在射频通信领域，铁电材料可用于制造可调谐电容器、滤波器等元件，以实现对射频信号的调节和处理。
6.集成铁电器件：随着薄膜制备技术的发展，铁电材料可与半导体工艺结合，制备集成铁电器件，应用于微型化、功能集成化的电子系统中。
7.能量收集与转换：利用铁电材料的压电性能，可将机械能转换为电能，用于能量收集装置，为小型电子设备供电或为传感器等提供自供电能力。
8.量子计算：在一些新兴的量子计算研究中，铁电材料也可能具有潜在的应用价值，例如用于量子比特的控制或与其他量子材料相互作用。
随着对铁电晶体材料研究的不断深入，其应用领域可能还会进一步拓展和创新。
三、研究进展
中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队提出通过微交联法制备弹性铁电体的思路，有效解决了传统铁电材料不具有大的弹性形变的难题。他们制备出的高分子材料拉伸率高达%，在大应变下仍具有良好铁电响应，且在外力撤除后能迅速恢复原状，还具有极好的拉伸稳定性，可承受数千次反复拉伸而铁电性依然保持稳定。相关工作发表在《科学》杂志上。
东南大学的研究团队与其他单位合作，创新性地开发了一种压电响应直追无机陶瓷钛酸钡的可生物降解有机铁电晶体。这种分子晶体hoch2(cf2)3ch2oh（2,2,3,3,4,4-六氟戊烷-1,5-二醇，hfpd）在无极化条件下压电系数d33约为皮库伦/牛顿，压电电压常数g33约为×10-3伏特/牛顿，具有良好的生物细胞相容性、生物降解性和生物安全性。hfpd可与聚乙烯醇复合形成柔性压电薄膜，该材料展现出独特的压电特性，有望应用于瞬态可植入机电设备。相关研究成果于年3月29日发表在国际学术期刊《科学》上。此外，南昌大学国际有序物质科学研究院汤渊源教授团队也参与了相关研究，他们效仿β相的聚偏氟乙烯（pvdf）结构，开发的铁电分子晶体（hfpd）将可植入式压电材料的压电性能推向了新高度。
浙江大学材料学院张泽院士、田鹤教授团队与其他单位合作，在仅几纳米厚的铁酸铋薄膜中构建了全新的面内带电畴壁，并能在原子尺度上精准操控其逐层移动，实现了量化多阻态的忆阻行为。这一发现为发展晶胞级新型存储器提供了新策略，相关研究论文于年1月18日发表在《自然》杂志上。
