Feroelektřina piezoelektrických keramických krystalů

Polarizace některých dielektrik je velmi zvláštní. V určitém teplotním rozsahu nejsou jejich dielektrické konstanty konstantní, ale mění se s intenzitou pole a po odstranění vnějšího elektrického pole nejsou tato dielektrika neutrální. Existuje zbytková polarizace. Aby to bylo analogické se skutečností, že feromagnetické materiály mohou zůstat zmagnetizované, tato vlastnost piezokeramický měnič je často označován jako feroelektřina. Feroelektrické dielektrikum se nazývá feroelektrikum. Mezi nimi jsou nejvýznamnější keramika s titaničitanem barnatým (BaTiO3), monokrystal tartrátu sodnodraselného (NaKC4H4O6⋅H2O) a podobně. Feroelektrika bude vykazovat hysterezi během procesu elektrolytického nanášení. Hysterezní smyčka ukazuje, že polarizace mezi feroelektrickým tělesem a aplikovaným elektrickým polem je nelineární a polarizace je obrácená, když je vnější elektrické pole obráceno. Polarizační inverze je výsledkem inverze domény, takže hysterezní smyčka indikuje přítomnost domén ve feroelektriku. Takzvané domény jsou malé oblasti, ve kterých jsou směry spontánní polarizace ve feroelektrikách jednotné, a domény. Hranice mezi nimi se nazývá doménová stěna. Feroelektrické krystaly piezoelektrické keramické produkty jsou obvykle multi-domény, spontánní polarizace v každé doméně má stejný směr a spontánní polarizace v různých doménách je silná.

U polykrystalických feroelektrik neexistuje žádná pravidelnost mezi relativními orientacemi spontánní polarizace v různých doménách pro celý polykrystal kvůli naprosté libovolnosti orientace os krystalů mezi zrny.
Feroelektrika obecně spontánně netvoří jednotlivé domény, ale vícedoménové krystaly mohou být monodomainizovány pod silným vnějším elektrickým polem. Působením silného vnějšího elektrického pole se objem domény spontánní polarizace ve vícedoménovém krystalu paralelně nebo blízko směru vnějšího pole rychle rozšíří v důsledku tvorby nových doménových jader a pohybu doménových stěn a objem domény v ostatních směrech se rychle sníží. Malý zmizí, což změní celý krystal na jedinou doménu. Při působení vnějšího elektrického pole se dynamický proces pohybu nového doménového jádra a stěny domény nazývá proces převrácení domény. Toto převrácení má některé hysterezní charakteristiky, takže feroelektrikum vykazuje výše zmíněnou hysterezní smyčku.

Uvažování jediného piezo krystalu předpokládá, že orientace spontánní polarizace má pouze dvě možnosti. je pozitivní a negativní podél určité krystalové osy; směr vnějšího elektrického pole je rovnoběžný s polarizační osou. Když je vnější elektrické pole nulové, polarizace sousedních domén v krystalu je opačná a celkový elektrický moment krystalu je nulový. Když se vnější elektrické pole postupně zvětšuje, objem domény spontánní polarizace opačného směru než je směr elektrického pole se bude postupně zmenšovat v důsledku inverze domény a tyto domény mají stejný směr jako elektrické pole se bude postupně rozšiřovat, takže krystal je ve směru vnějšího pole. Intenzita se zvyšuje s rostoucím elektrickým polem. Když elektrické pole piezoelektrický diskový prvek se zvětší natolik, aby obrátil všechny reverzní domény v krystalu k vnějšímu poli, krystal se stane jedinou doménou, polarizace krystalu dosáhne nasycení a poté se elektrické pole zvýší. Polarizace se bude lineárně zvyšovat s elektrickým polem (stejně jako polarizace typického dielektrika) a dosáhne maximální hodnoty Pmax, která je funkcí elektrického pole s nejvyšší polarizací. 

Když je lineární část extrapolována na nulové elektrické pole, výsledný průsečík Ps na vertikální ose se nazývá nasycená polarizace, což je vlastně spontánní polarizace každé domény. Když elektrické pole začne klesat od C, polarizace se bude postupně snižovat podél křivky CB. Když elektrické pole piezoelektrická keramická složka se sníží na nulu, polarizace se sníží na určitou hodnotu Pr, která se nazývá zbytková polarizace feroelektrika. Když elektrické pole změní směr a zvýší se na Ec v záporném směru, polarizace se sníží na nulu, reverzní elektrické pole se dále zvětšuje a polarizace se obrátí. Ec se nazývá síla koercitivního pole feroelektrika. Jak se reverzní elektrické pole stále zvyšuje, polarizace se stále zvyšuje v negativním směru gradientu a dosahuje hodnoty nasycení (-Pr) v negativním směru. Ultrazvukový piezoelektrický měnič se stává krystalem s jednou doménou, který má negativní polarizaci. Pokud se elektrické pole plynule mění z vysoké záporné hodnoty na vysokou kladnou hodnotu, kladná doména se začíná tvořit a znovu růst, dokud se celý krystal opět nestane krystalem s jednou doménou s dopřednou polarizací. Během tohoto procesu se polarizace vrací do bodu C podél FGH části zpětné linie. Působením velkého střídavého elektrického pole se tedy elektrické pole změní o jeden týden a výše uvedený proces se jednou opakuje, přičemž je znázorněna hysterezní smyčka. Oblast ohraničená zpětným vedením je energie potřebná k tomu