پدیده پیزوالکتریک و اثر پیزوالکتریک این است که ستون پیزو سرامیک مبدل الکترونیکی فشاری عمود بر سطح الکترود وارد می کند که باعث تغییر شکل و همچنین ایجاد تخلیه ولتاژ بالا می شود. یک سیگنال ولتاژ متناوب صوتی به الکترود زنگ پیزوالکتریک اعمال می شود که تغییر شکل ایجاد می کند و همچنین صدای قابل شنیدن تولید می کند. با جمع بندی این پدیده های مشابه می توان به مفهوم اثرات پیزوالکتریک مثبت و منفی دست یافت، یعنی اثر سرامیک های پیزوالکتریک در اثر تغییر شکل نیرو را اثر پیزوالکتریک مثبت می نامند. اثر تغییر شکل سرامیک های پیزوالکتریک در اثر اعمال ولتاژ، اثر پیزوالکتریک معکوس نامیده می شود.
ساختار داخلی مبدل های سرامیکی Pzt دانش موادی است که به ما می گوید که خواص هر ماده با ساختار داخلی آن تعیین می شود. بنابراین، برای درک اصل پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک و درک علل اثرات پیزوالکتریک، ابتدا باید سرامیک های پیزوالکتریک را بشناسیم. ساختار سلولی و پلاریزاسیون خود به خود سرامیک های پیزوالکتریک دارای ساختار سلولی است که پرکاربردترین ساختار پروسکایت سرامیکی پیزوالکتریک (CaTiO3) مانند PbTiO3، BaTiO3، KxNa1-xNbO3، Pb (ZrxTi1-x) است. فرمول شیمیایی این نوع مواد ABO3 می باشد. در فرمول، قیمت برق A 1 یا 2 و قیمت برق B 4 یا 5 است. سلول واحد آن (واحد ساختاری در شبکه کریستالی).
تشکیل دامنه های پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک:
ناحیه ای که در آن پلاریزاسیون خود به خودی در سرامیک پیزوالکتریک یکنواخت است، دامنه (یا دامنه فروالکتریک) نامیده می شود. در زیر مثالی آورده شده است که در آن ساختار پروسکایت از فاز مکعبی به فاز چهارضلعی برای نشان دادن شکل گیری دامنه ها تغییر می کند.
جهت 1 محور c جهت قطبش خود به خود را تعیین می کند زمانی که ساختار داخلی دانه در مبدل سرامیکی پیزوسرامیکی از فاز مکعبی به فاز چهار ضلعی تغییر می کند، هر یک از محورها ممکن است به محور c فاز چهار ضلعی تبدیل شود. از آنجایی که پلاریزاسیون خود به خودی موازی با محور c است، جهت گیری های قطبش خود به خودی سلول های واحد مربوطه ممکن است با یکدیگر متفاوت باشند. اما این پایین ترین حالت انرژی نیست.
2 اصل حداقل انرژی ساختار دامنه را تعیین می کند، برای برآورده شدن اصل حداقل انرژی، دانه های فاز چهار ضلعی باید یک ساختار دامنه تشکیل دهند و تطبیق شبکه نیاز دارد که سلول واحد به طور خود به خود جهت را قطبی کند. اصل وجود حداقل انرژی سلول مستلزم تطبیق سلول های ناسازگار جهت قطبش خود به خودی است.
ساختار فاز 3 نوع دیوار دامنه را تعیین میکند سلول سرامیک پیزوالکتریک چهارضلعی است، جهت قطبش خود به خودی فقط می تواند موازی با یکی از سه محور بلوری فاز مکعبی واکنش اصلی باشد، بنابراین جهت قطبش خود به خودی در دو حوزه مجاور فقط می تواند 90 درجه یا 180 درجه باشد. رابط های دامنه های مربوطه به ترتیب به عنوان دیوارهای دامنه 90 درجه و دیوارهای دامنه 180 درجه نامیده می شوند.
حرکت دامنه تحت عمل یک میدان الکتریکی خارجی. اگر یک میدان الکتریکی DC به اندازه کافی بالا به یک کریستال چند دامنه اعمال شود، دامنه جهت قطبش خود به خود و جهت میدان الکتریکی همچنان افزایش می یابد و بالعکس. کل کریستال از چند دامنه به یک دامنه تغییر می کند و جهت قطبش خود به خود با جهت میدان الکتریکی مطابقت دارد. فرآیند قطبی شدن دو شکل سرامیکی پیزو اضافه کردن یک میدان الکتریکی DC به اندازه کافی بالا به الکترودهای صفحات سرامیکی است تا نواحی را وادار به چرخش کند حتی اگر قطبش خود به خودی آنها در یک راستا باشد. PS قطبش خود به خود، Pr قطبش باقیمانده و EC قدرت میدان اجباری است. در فرآیند پلاریزاسیون سرامیکی پیزوالکتریک، یک EC با قدرت میدان الکتریکی 2-3 برابر به طور کلی انتخاب می شود. درک بیشتر از اثر پیزوالکتریک این است که پلاریزاسیون باقیمانده در یک سرامیک پیزوالکتریک پلاریزه شده همیشه به شکل یک گشتاور دوقطبی الکتریکی بیان میشود، یعنی یک بار مثبت در یک سر سرامیک پیزوالکتریک و یک بار محدود منفی در انتهای دیگر، برای محافظت و خنثی کردن اثر بار قطبی در خارج از جهان بر روی بار دیگر. شارژ رایگان از خارج بر روی سطح الکترود سرامیکی جذب می شود.
حرکت دامنه تحت عمل یک میدان الکتریکی خارجی. اگر یک میدان الکتریکی DC به اندازه کافی بالا به یک کریستال چند دامنه اعمال شود، دامنه جهت قطبش خود به خود و جهت میدان الکتریکی همچنان افزایش می یابد و بالعکس. کل کریستال از چند دامنه به یک دامنه و جهت قطبش خود به خود تغییر می کند که با جهت میدان الکتریکی مطابقت دارد. فرآیند پلاریزاسیون سرامیک های پیزوالکتریک به این صورت است که یک میدان الکتریکی DC به اندازه کافی بالا به الکترودهای دستگاه اضافه می کند. مبدل پیزوسرامیک دیسکهای پیزو برای وادار کردن دامنهها به چرخش حتی اگر قطبش خود به خودی آنها در یک راستا باشد. PS قطبش خود به خود، Pr قطبش باقیمانده و EC قدرت میدان اجباری است در فرآیند پلاریزاسیون سرامیکی پیزوالکتریک، یک EC با قدرت میدان الکتریکی 2-3 برابر به طور کلی انتخاب می شود. درک بیشتر از اثر پیزوالکتریک این است که پلاریزاسیون باقیمانده در یک سرامیک پیزوالکتریک قطبی شده همیشه به شکل یک گشتاور دوقطبی الکتریکی بیان میشود، یعنی یک بار مثبت در یک سر سرامیک پیزوالکتریک و یک بار محدود منفی در انتهای دیگر، برای محافظت، و برای خنثی کردن اثر بار قطبی مجدد در دنیای بیرونی تحت تأثیر بار قطبی مجدد جهان. یک شارژ رایگان از بیرون بر روی سطح الکترود سرامیکی جذب می شود.
