Ferroelektrisiteit van piëzo-elektriese keramiekkristalle

Die polarisasie van sommige diëlektrika is baie spesiaal. In 'n sekere temperatuurreeks is hul diëlektriese konstantes nie konstant nie, maar wissel met veldsterkte, en nadat die eksterne elektriese veld verwyder is, is hierdie diëlektrika nie neutraal nie. Daar is oorblywende polarisasie. Ten einde analoog te wees aan die feit dat ferromagnetiese materiale gemagnetiseer kan bly, is hierdie eienskap van piezo keramiek transducer word dikwels na verwys as ferroelektrisiteit. 'n Ferro-elektriese diëlektrikum word 'n ferro-elektrikum genoem. Onder hulle is bariumtitanaat-keramiek (BaTiO3), natriumkaliumtartraat-enkelkristal (NaKC4H4O6⋅H2O) en dies meer die mees prominente. Ferroelektrika sal histerese vertoon tydens die elektrodeposisieproses. Die histerese lus toon dat die polarisasie tussen die ferro-elektriese liggaam en die toegepaste elektriese veld nie-lineêr is, en die polarisasie word omgekeer soos die eksterne elektriese veld omgekeer word. Die polarisasie-inversie is die resultaat van domein-inversie, dus dui die histerese-lus die teenwoordigheid van domeine in die ferro-elektriese aan. Die sogenaamde domeine is klein streke waarin die spontane polarisasierigtings in die ferro-elektrika uniform is, en die domeine. Die grens tussen hulle word die domeinmuur genoem. Ferro-elektriese kristalle van piëzo-elektriese keramiekprodukte is gewoonlik multi-domeine, die spontane polarisasie in elke domein het dieselfde rigting, en die spontane polarisasie in die verskillende domeine is sterk.

Vir polikristallyne ferroelektrika is daar geen reëlmaat tussen die relatiewe oriëntasies van spontane polarisasie in die verskillende domeine vir die hele polikristal nie as gevolg van die volledige willekeur van die oriëntasie van die kristal-asse tussen die korrels.
Ferroelektrika vorm oor die algemeen nie spontaan enkeldomeine nie, maar multidomeinkristalle kan onder 'n sterk eksterne elektriese veld gemonodomeiniseer word. Onder die werking van 'n sterk eksterne elektriese veld sal die domeinvolume van die spontane polarisasie in die multi-domein kristal parallel of naby aan die eksterne veld rigting vinnig uitbrei as gevolg van die vorming van nuwe domein kerne en die beweging van die domein mure, en die domein volume in ander rigtings sal vinnig afneem. Klein verdwyn, wat die hele kristal in 'n enkele domein verander. Onder die werking van eksterne elektriese veld word die dinamiese proses van nuwe domeinkern en domeinwandbeweging die domeinomkeerproses genoem. Hierdie omkering het 'n paar histerese-eienskappe, so die ferro-elektriese vertoon die voorgenoemde histerese-lus.

Om 'n enkele piëzo-kristal te oorweeg, is die veronderstelling dat die oriëntasie van spontane polarisasie slegs twee moontlikhede het. dit is positief en negatief langs 'n sekere kristal-as; die rigting van die eksterne elektriese veld is parallel aan die polarisasie-as. Wanneer die eksterne elektriese veld nul is, is die polarisasie van aangrensende domeine in die kristal teenoorgesteld, en die totale elektriese moment van die kristal is nul. Wanneer die eksterne elektriese veld geleidelik verhoog word, sal die domeinvolume van die spontane polarisasierigting teenoor die rigting van die elektriese veld geleidelik afneem as gevolg van die inversie van die domein, en daardie domeine het dieselfde rigting as wat die elektriese veld geleidelik sal uitbrei, sodat die kristal in die rigting van die eksterne veld is. Die intensiteit neem toe met die toename van die elektriese veld. Wanneer die elektriese veld van piëso-elektriese skyfelement verhoog genoeg om al die omgekeerde domeine in die kristal na die eksterne veld om te keer, die kristal word 'n enkele domein, die polarisasie van die kristal bereik versadiging, en dan neem die elektriese veld toe. Die polarisasie sal lineêr met die elektriese veld toeneem (dieselfde as die polarisasie van 'n tipiese diëlektrikum) en 'n maksimum waarde Pmax bereik, wat 'n funksie is van die hoogste polarisasie elektriese veld. 

Wanneer die lineêre gedeelte geëkstrapoleer word na nul elektriese veld, word die gevolglike afsnit Ps op die vertikale as die versadigde polarisasie genoem, wat eintlik die spontane polarisasie van elke domein is.Wanneer die elektriese veld vanaf C begin afneem, sal die polarisasie geleidelik langs die CB-kromme afneem. Wanneer die elektriese veld van piëzo-elektriese keramiekkomponent tot nul verminder word, verminder die polarisasie tot 'n sekere waarde Pr, wat die residuele polarisasie van die ferroelektriese genoem word. Wanneer die elektriese veld van rigting verander en toeneem na Ec in die negatiewe rigting, verminder die polarisasie tot nul, die omgekeerde elektriese veld bly toeneem, en die polarisasie word omgekeer. Ec word die dwingende veldsterkte van die ferro-elektriese genoem. Soos die omgekeerde elektriese veld aanhou toeneem, neem die polarisasie steeds toe in die negatiewe gradiëntrigting en bereik 'n versadigingswaarde (-Pr) in die negatiewe rigting, en die ultrasoniese piëso-elektriese transducer word 'n enkeldomein kristal wat 'n negatiewe polarisasie het. As die elektriese veld voortdurend verander van 'n hoë negatiewe waarde na 'n hoë positiewe waarde, begin die positiewe domein vorm en weer groei totdat die hele kristal weer 'n enkeldomein kristal word met voorwaartse polarisasie. Tydens hierdie proses word die polarisasie teruggestuur na punt C langs die FGH-gedeelte van die terugkeerlyn. Dus, onder die werking van 'n groot afwisselende elektriese veld, verander die elektriese veld met een week, en die bogenoemde proses word een keer herhaal, wat die histerese lus wys. Die area wat deur die terugvoerlyn ingesluit word, is die energie wat benodig word om