Ferroelettricità di cristalli ceramici piezoelettrici

La polarizzazione di alcuni dielettrici è molto particolare. In un certo intervallo di temperature, le loro costanti dielettriche non sono costanti, ma variano con l'intensità del campo e, dopo aver rimosso il campo elettrico esterno, questi dielettrici non sono neutri. C'è polarizzazione residua. Per essere analogo al fatto che i materiali ferromagnetici possono rimanere magnetizzati, questa proprietà di Il trasduttore piezo-ceramico viene spesso definito ferroelettricità. Un dielettrico ferroelettrico è chiamato ferroelettrico. Tra questi, i ceramici al titanato di bario (BaTiO3), il cristallo singolo di tartrato di sodio e potassio (NaKC4H4O6⋅H2O) e simili sono i più importanti. I ferroelettrici mostreranno isteresi durante il processo di elettrodeposizione. Il ciclo di isteresi mostra che la polarizzazione tra il corpo ferroelettrico e il campo elettrico applicato non è lineare e la polarizzazione è invertita come è invertito il campo elettrico esterno. L'inversione di polarizzazione è il risultato dell'inversione dei domini, quindi il ciclo di isteresi indica la presenza di domini nel ferroelettrico. I cosiddetti domini sono piccole regioni in cui le direzioni di polarizzazione spontanea nei ferroelettrici sono uniformi, e i domini. Il confine tra loro è chiamato muro del dominio. Cristalli ferroelettrici di i prodotti ceramici piezoelettrici sono generalmente multi-domini, la polarizzazione spontanea in ciascun dominio ha la stessa direzione e la polarizzazione spontanea nei diversi domini è forte.

Per i ferroelettrici policristallini, non esiste regolarità tra gli orientamenti relativi di polarizzazione spontanea nei diversi domini dell'intero policristallo a causa della completa arbitrarietà dell'orientamento degli assi cristallini tra i grani.
I ferroelettrici generalmente non formano spontaneamente singoli domini, ma i cristalli multidominio possono essere monodominizzati sotto un forte campo elettrico esterno. Sotto l'azione di un forte campo elettrico esterno, il volume del dominio della polarizzazione spontanea nel cristallo multi-dominio parallelo o vicino alla direzione del campo esterno si espanderà rapidamente a causa della formazione di nuovi nuclei del dominio e del movimento delle pareti del dominio, e il volume del dominio in altre direzioni diminuirà rapidamente. Il piccolo scompare, trasformando l'intero cristallo in un unico dominio. Sotto l'azione del campo elettrico esterno, il processo dinamico del nuovo nucleo del dominio e del movimento delle pareti del dominio è chiamato processo di inversione del dominio. Questa inversione ha alcune caratteristiche di isteresi, quindi il ferroelettrico presenta il suddetto ciclo di isteresi.

Considerare un singolo piezocristallo significa presupporre che l'orientamento della polarizzazione spontanea abbia solo due possibilità: è positivo e negativo lungo un certo asse del cristallo; la direzione del campo elettrico esterno è parallela all'asse di polarizzazione. Quando il campo elettrico esterno è zero, la polarizzazione dei domini adiacenti nel cristallo è opposta e il momento elettrico totale del cristallo è zero. Quando il campo elettrico esterno aumenta gradualmente, il volume del dominio della direzione di polarizzazione spontanea opposta alla direzione del campo elettrico diminuirà gradualmente a causa dell'inversione del dominio, e quei domini che hanno la stessa direzione del campo elettrico si espanderanno gradualmente, in modo che il cristallo sia nella direzione del campo esterno. L'intensità aumenta con l'aumentare del campo elettrico. Quando il campo elettrico di L'elemento del disco piezoelettrico aumenta abbastanza da invertire tutti i domini inversi nel cristallo nel campo esterno, il cristallo diventa un singolo dominio, la polarizzazione del cristallo raggiunge la saturazione e quindi il campo elettrico aumenta. La polarizzazione aumenterà linearmente con il campo elettrico (uguale alla polarizzazione di un tipico dielettrico) e raggiungerà un valore massimo Pmax, che è una funzione del campo elettrico di polarizzazione più alta. 

Quando la porzione lineare viene estrapolata a un campo elettrico pari a zero, l'intercetta risultante Ps sull'asse verticale è chiamata polarizzazione saturata, che in realtà è la polarizzazione spontanea di ciascun dominio. Quando il campo elettrico inizia a diminuire da C, la polarizzazione diminuirà gradualmente lungo la curva CB. Quando il campo elettrico di Il componente ceramico piezoelettrico viene ridotto a zero, la polarizzazione diminuisce fino a un certo valore Pr, chiamato polarizzazione residua del ferroelettrico. Quando il campo elettrico cambia direzione e aumenta fino a Ec nella direzione negativa, la polarizzazione diminuisce fino a zero, il campo elettrico inverso continua ad aumentare e la polarizzazione è invertita. Ec è chiamata l'intensità del campo coercitivo del ferroelettrico. Mentre il campo elettrico inverso continua ad aumentare, la polarizzazione continua ad aumentare nella direzione del gradiente negativo e raggiunge un valore di saturazione (-Pr) nella direzione negativa, e il il trasduttore piezoelettrico ad ultrasuoni diventa un cristallo a dominio singolo che ha una polarizzazione negativa. Se il campo elettrico cambia continuamente da un valore negativo elevato a un valore positivo elevato, il dominio positivo inizia a formarsi e a crescere nuovamente finché l'intero cristallo diventa nuovamente un cristallo a dominio singolo con polarizzazione diretta. Durante questo processo, la polarizzazione viene restituita al punto C lungo la porzione FGH della linea di ritorno. Pertanto, sotto l'azione di un grande campo elettrico alternato, il campo elettrico cambia di una settimana e il processo sopra descritto viene ripetuto una volta, mostrando il ciclo di isteresi mostrato. L'area racchiusa dalla linea di ritorno è l'energia necessaria