पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक क्रिस्टल की फेरोइलेक्ट्रिसिटी

कुछ परावैद्युत पदार्थों का ध्रुवीकरण बहुत विशेष होता है। एक निश्चित तापमान सीमा में, उनके ढांकता हुआ स्थिरांक स्थिर नहीं होते हैं, लेकिन क्षेत्र की ताकत के साथ भिन्न होते हैं, और बाहरी विद्युत क्षेत्र को हटाने के बाद, ये ढांकता हुआ तटस्थ नहीं होते हैं। अवशिष्ट ध्रुवीकरण है. इस तथ्य के अनुरूप होने के लिए कि लौहचुम्बकीय पदार्थ चुम्बकित रह सकते हैं, यह गुण पीजो सिरेमिक ट्रांसड्यूसर को अक्सर फेरोइलेक्ट्रिसिटी के रूप में जाना जाता है। फेरोइलेक्ट्रिक डाइइलेक्ट्रिक को फेरोइलेक्ट्रिक कहा जाता है। उनमें से, बेरियम टाइटेनेट सिरेमिक (BaTiO3), सोडियम पोटेशियम टार्ट्रेट सिंगल क्रिस्टल (NaKC4H4O6⋅H2O) और जैसे सबसे प्रमुख हैं। फेरोइलेक्ट्रिक्स इलेक्ट्रोडपोजिशन प्रक्रिया के दौरान हिस्टैरिसीस प्रदर्शित करेगा। हिस्टैरिसीस लूप से पता चलता है कि फेरोइलेक्ट्रिक बॉडी और लागू विद्युत क्षेत्र के बीच ध्रुवीकरण गैर-रैखिक है, और बाहरी विद्युत क्षेत्र के उलट होने पर ध्रुवीकरण उलट जाता है। ध्रुवीकरण व्युत्क्रमण डोमेन व्युत्क्रम का परिणाम है, इसलिए हिस्टैरिसीस लूप फेरोइलेक्ट्रिक में डोमेन की उपस्थिति को इंगित करता है। तथाकथित डोमेन छोटे क्षेत्र हैं जिनमें फेरोइलेक्ट्रिक्स में सहज ध्रुवीकरण दिशाएं एक समान होती हैं, और डोमेन। इनके बीच की सीमा को डोमेन दीवार कहा जाता है। के फेरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक उत्पाद आमतौर पर बहु-डोमेन होते हैं, प्रत्येक डोमेन में सहज ध्रुवीकरण की दिशा समान होती है, और विभिन्न डोमेन में सहज ध्रुवीकरण मजबूत होता है।

पॉलीक्रिस्टलाइन फेरोइलेक्ट्रिक्स के लिए, अनाज के बीच क्रिस्टल अक्षों के अभिविन्यास की पूर्ण मनमानी के कारण पूरे पॉलीक्रिस्टल के लिए विभिन्न डोमेन में सहज ध्रुवीकरण के सापेक्ष अभिविन्यास के बीच कोई नियमितता नहीं है।
फेरोइलेक्ट्रिक्स आम तौर पर अनायास एकल डोमेन नहीं बनाते हैं, लेकिन एक मजबूत बाहरी विद्युत क्षेत्र के तहत मल्टीडोमेन क्रिस्टल को मोनोडोमेनाइज़ किया जा सकता है। एक मजबूत बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, बाहरी क्षेत्र दिशा के समानांतर या करीब मल्टी-डोमेन क्रिस्टल में सहज ध्रुवीकरण का डोमेन वॉल्यूम नए डोमेन नाभिक के गठन और डोमेन दीवारों के आंदोलन के कारण तेजी से विस्तारित होगा, और अन्य दिशाओं में डोमेन वॉल्यूम तेजी से घट जाएगा। छोटा गायब हो जाता है, जो पूरे क्रिस्टल को एक ही डोमेन में बदल रहा है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, नए डोमेन नाभिक और डोमेन दीवार गति की गतिशील प्रक्रिया को डोमेन रिवर्सल प्रक्रिया कहा जाता है। इस उत्क्रमण में कुछ हिस्टैरिसीस विशेषताएं हैं, इसलिए फेरोइलेक्ट्रिक उपरोक्त हिस्टैरिसीस लूप प्रदर्शित करता है।

एक एकल पीजो क्रिस्टल पर विचार करना यह मान रहा है कि सहज ध्रुवीकरण के अभिविन्यास में केवल दो संभावनाएं हैं। यह एक निश्चित क्रिस्टल अक्ष के साथ सकारात्मक और नकारात्मक है; बाह्य विद्युत क्षेत्र की दिशा ध्रुवीकरण अक्ष के समानांतर होती है। जब बाहरी विद्युत क्षेत्र शून्य होता है, तो क्रिस्टल में आसन्न डोमेन का ध्रुवीकरण विपरीत होता है, और क्रिस्टल का कुल विद्युत क्षण शून्य होता है। जब बाहरी विद्युत क्षेत्र को धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है, तो विद्युत क्षेत्र की दिशा के विपरीत सहज ध्रुवीकरण दिशा का डोमेन आयतन डोमेन के व्युत्क्रमण के कारण धीरे-धीरे कम हो जाएगा, और उन डोमेन की दिशा समान होगी क्योंकि विद्युत क्षेत्र धीरे-धीरे विस्तारित होगा, ताकि क्रिस्टल बाहरी क्षेत्र की दिशा में हो। विद्युत क्षेत्र के बढ़ने से तीव्रता बढ़ती है। जब विद्युत क्षेत्र पीजोइलेक्ट्रिक डिस्क तत्व इतना बढ़ जाता है कि क्रिस्टल के सभी रिवर्स डोमेन को बाहरी क्षेत्र में उलट देता है, क्रिस्टल एकल डोमेन बन जाता है, क्रिस्टल का ध्रुवीकरण संतृप्ति तक पहुंच जाता है, और फिर विद्युत क्षेत्र बढ़ जाता है। ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र के साथ रैखिक रूप से बढ़ेगा (एक विशिष्ट ढांकता हुआ के ध्रुवीकरण के समान) और अधिकतम मान Pmax तक पहुंच जाएगा, जो उच्चतम ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र का एक कार्य है। 

जब रैखिक भाग को शून्य विद्युत क्षेत्र में एक्सट्रपलेशन किया जाता है, तो ऊर्ध्वाधर अक्ष पर परिणामी अवरोधन Ps को संतृप्त ध्रुवीकरण कहा जाता है, जो वास्तव में प्रत्येक डोमेन का सहज ध्रुवीकरण होता है। जब विद्युत क्षेत्र C से कम होने लगता है, तो CB वक्र के साथ ध्रुवीकरण धीरे-धीरे कम हो जाएगा। जब विद्युत क्षेत्र पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक घटक शून्य हो जाता है, ध्रुवीकरण एक निश्चित मूल्य पीआर तक कम हो जाता है, जिसे फेरोइलेक्ट्रिक का अवशिष्ट ध्रुवीकरण कहा जाता है। जब विद्युत क्षेत्र दिशा बदलता है और नकारात्मक दिशा में Ec तक बढ़ जाता है, तो ध्रुवीकरण शून्य हो जाता है, विपरीत विद्युत क्षेत्र बढ़ता रहता है और ध्रुवीकरण उलट जाता है। Ec को फेरोइलेक्ट्रिक की प्रबल क्षेत्र शक्ति कहा जाता है। जैसे-जैसे विपरीत विद्युत क्षेत्र बढ़ता रहता है, ध्रुवीकरण नकारात्मक ढाल दिशा में बढ़ता रहता है और नकारात्मक दिशा में संतृप्ति मान (-पीआर) तक पहुंच जाता है, और अल्ट्रासोनिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर एक एकल डोमेन क्रिस्टल बन जाता है जिसमें नकारात्मक ध्रुवीकरण होता है। यदि विद्युत क्षेत्र लगातार उच्च ऋणात्मक मान से उच्च धनात्मक मान में बदलता रहता है, तो धनात्मक डोमेन फिर से बनना और बढ़ना शुरू हो जाता है जब तक कि पूरा क्रिस्टल फिर से आगे ध्रुवीकरण के साथ एकल डोमेन क्रिस्टल नहीं बन जाता। इस प्रक्रिया के दौरान, ध्रुवीकरण रिटर्न लाइन के एफजीएच भाग के साथ बिंदु सी पर वापस आ जाता है। इस प्रकार, एक बड़े वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, विद्युत क्षेत्र एक सप्ताह तक बदलता है, और उपरोक्त प्रक्रिया को एक बार दोहराया जाता है, जो हिस्टैरिसीस लूप दिखाता है। रिटर्न लाइन से घिरा क्षेत्र आवश्यक ऊर्जा है