Ferroelektricitet af piezoelektriske keramiske krystaller

Polariseringen af ​​nogle dielektrika er meget speciel. I et bestemt temperaturområde er deres dielektriske konstanter ikke konstante, men varierer med feltstyrken, og efter fjernelse af det eksterne elektriske felt er disse dielektriske stoffer ikke neutrale. Der er resterende polarisering. For at være analog med det faktum, at ferromagnetiske materialer kan forblive magnetiserede, kan denne egenskab ved piezo keramisk transducer omtales ofte som ferroelektricitet. Et ferroelektrisk dielektrikum kaldes et ferroelektrisk. Blandt dem er bariumtitanat-keramik (BaTiO3), natriumkaliumtartrat-enkeltkrystal (NaKC4H4O6⋅H2O) og lignende mest fremtrædende. Ferroelektriske stoffer vil udvise hysterese under elektroaflejringsprocessen. Hysteresesløjfen viser, at polariseringen mellem det ferroelektriske legeme og det påførte elektriske felt er ikke-lineær, og polariseringen vendes, når det eksterne elektriske felt vendes. Polarisationsinversionen er resultatet af domæneinversion, så hysteresesløjfen indikerer tilstedeværelsen af ​​domæner i det ferroelektriske. De såkaldte domæner er små områder, hvor de spontane polarisationsretninger i ferroelektrikken er ensartede, og domænerne. Grænsen mellem dem kaldes domænevæggen. Ferroelektriske krystaller af piezoelektriske keramiske produkter er normalt multi-domæner, den spontane polarisering i hvert domæne har samme retning, og den spontane polarisering i de forskellige domæner er stærk.

For polykrystallinske ferroelektriske stoffer er der ingen regelmæssighed mellem de relative orienteringer af spontan polarisering i de forskellige domæner for hele polykrystallen på grund af den fuldstændige vilkårlighed af orienteringen af ​​krystalakserne mellem kornene.
Ferroelektriske stoffer danner generelt ikke spontant enkelte domæner, men multidomænekrystaller kan monodomæniseres under et stærkt eksternt elektrisk felt. Under påvirkning af et stærkt eksternt elektrisk felt vil domænevolumenet af den spontane polarisering i multidomænekrystallen parallelt med eller tæt på den eksterne feltretning hurtigt udvide sig på grund af dannelsen af ​​nye domænekerner og bevægelsen af ​​domænevæggene, og domænevolumenet i andre retninger vil falde hurtigt. Small forsvinder, hvilket gør hele krystallen til et enkelt domæne. Under påvirkning af et eksternt elektrisk felt kaldes den dynamiske proces med ny domænekerne og domænevægsbevægelse for domænevendingsprocessen. Denne vending har nogle hysteresekarakteristika, så det ferroelektriske udviser den førnævnte hystereseløkke.

At betragte en enkelt piezokrystal er at antage, at orienteringen af ​​spontan polarisering kun har to muligheder. Den er positiv og negativ langs en bestemt krystalakse; retningen af ​​det eksterne elektriske felt er parallel med polarisationsaksen. Når det eksterne elektriske felt er nul, er polariseringen af ​​tilstødende domæner i krystallen modsat, og det samlede elektriske moment af krystallen er nul. Når det ydre elektriske felt øges gradvist, vil domænevolumenet af den spontane polarisationsretning modsat retningen af ​​det elektriske felt gradvist falde på grund af inversionen af ​​domænet, og disse domæner har samme retning, som det elektriske felt gradvist vil udvide sig, så krystallen er i retning af det ydre felt. Intensiteten stiger med stigningen af ​​det elektriske felt. Når det elektriske felt af piezoelektrisk skiveelement øges nok til at vende alle de omvendte domæner i krystallen til det ydre felt, krystallen bliver et enkelt domæne, polariseringen af ​​krystallen når mætning, og derefter øges det elektriske felt. Polariseringen vil stige lineært med det elektriske felt (samme som polariseringen af ​​et typisk dielektrikum) og nå en maksimal værdi Pmax, som er en funktion af det elektriske felt med højeste polarisering. 

Når den lineære del ekstrapoleres til nul elektrisk felt, kaldes den resulterende skæring Ps på den lodrette akse den mættede polarisering, som faktisk er den spontane polarisering af hvert domæne.Når det elektriske felt begynder at falde fra C, vil polariseringen gradvist falde langs CB-kurven. Når det elektriske felt af piezoelektrisk keramisk komponent reduceres til nul, polariseringen falder til en vis værdi Pr, som kaldes residualpolariseringen af ​​ferroelektrisk. Når det elektriske felt ændrer retning og stiger til Ec i negativ retning, falder polarisationen til nul, det omvendte elektriske felt fortsætter med at stige, og polariseringen vendes. Ec kaldes tvangsfeltstyrken af ​​det ferroelektriske. Når det omvendte elektriske felt fortsætter med at stige, fortsætter polarisationen med at stige i den negative gradientretning og når en mætningsværdi (-Pr) i den negative retning, og en ultralyds piezoelektrisk transducer bliver en krystal med et enkelt domæne, som har en negativ polarisering. Hvis det elektriske felt ændres kontinuerligt fra en høj negativ værdi til en høj positiv værdi, begynder det positive domæne at dannes og vokse igen, indtil hele krystallen bliver en enkelt domæne krystal med fremadgående polarisering igen. Under denne proces returneres polarisationen til punkt C langs FGH-delen af ​​returlinjen. Under påvirkning af et stort vekslende elektrisk felt ændres det elektriske felt således med en uge, og ovenstående proces gentages én gang, hvilket viser den viste hysteresesløjfe. Området omsluttet af returledningen er den energi, der kræves til