Ferro-elektriciteit van piëzo-elektrische keramische kristallen

De polarisatie van sommige diëlektrica is heel bijzonder. In een bepaald temperatuurbereik zijn hun diëlektrische constanten niet constant, maar variëren ze met de veldsterkte, en na verwijdering van het externe elektrische veld zijn deze diëlektrica niet neutraal. Er is sprake van resterende polarisatie. Om analoog te zijn aan het feit dat ferromagnetische materialen gemagnetiseerd kunnen blijven, is deze eigenschap van piëzo-keramische transducer wordt vaak ferro-elektriciteit genoemd. Een ferro-elektrisch diëlektricum wordt een ferro-elektrisch genoemd. Onder hen zijn bariumtitanaatkeramiek (BaTiO3), natriumkaliumtartraat-monokristal (NaKC4H4O6⋅H2O) en dergelijke het meest prominent. Ferro-elektrische materialen zullen hysteresis vertonen tijdens het elektrodepositieproces. De hysteresislus laat zien dat de polarisatie tussen het ferro-elektrische lichaam en het aangelegde elektrische veld niet-lineair is, en dat de polarisatie wordt omgekeerd naarmate het externe elektrische veld wordt omgekeerd. De polarisatie-inversie is het resultaat van domeininversie, dus de hysteresislus geeft de aanwezigheid van domeinen in het ferroelektrische gebied aan. De zogenaamde domeinen zijn kleine gebieden waarin de spontane polarisatierichtingen in de ferro-elektrische componenten uniform zijn, en de domeinen. De grens daartussen wordt de domeinmuur genoemd. Ferro-elektrische kristallen van piëzo-elektrische keramische producten bestaan ​​meestal uit meerdere domeinen, de spontane polarisatie in elk domein heeft dezelfde richting en de spontane polarisatie in de verschillende domeinen is sterk.

Voor polykristallijne ferro-elektrische materialen is er geen regelmaat tussen de relatieve oriëntaties van spontane polarisatie in de verschillende domeinen voor het gehele polykristal vanwege de volledige willekeur van de oriëntatie van de kristalassen tussen de korrels.
Ferro-elektrische materialen vormen over het algemeen niet spontaan enkele domeinen, maar kristallen met meerdere domeinen kunnen onder een sterk extern elektrisch veld monodomein worden gemaakt. Onder invloed van een sterk extern elektrisch veld zal het domeinvolume van de spontane polarisatie in het multi-domein kristal parallel of dichtbij de externe veldrichting snel toenemen als gevolg van de vorming van nieuwe domeinkernen en de beweging van de domeinwanden, en zal het domeinvolume in andere richtingen snel afnemen. Klein verdwijnt, waardoor het hele kristal in één domein verandert. Onder invloed van een extern elektrisch veld wordt het dynamische proces van beweging van de nieuwe domeinkern en domeinmuur het domeinomkeringsproces genoemd. Deze omkering heeft enkele hysteresiskarakteristieken, dus het ferro-elektriciteit vertoont de bovengenoemde hysteresislus.

Het beschouwen van een enkel piëzokristal veronderstelt dat de oriëntatie van spontane polarisatie slechts twee mogelijkheden heeft: deze is positief en negatief langs een bepaalde kristalas; de richting van het externe elektrische veld is evenwijdig aan de polarisatie-as. Wanneer het externe elektrische veld nul is, is de polarisatie van aangrenzende domeinen in het kristal tegengesteld en is het totale elektrische moment van het kristal nul. Wanneer het externe elektrische veld geleidelijk wordt vergroot, zal het domeinvolume van de spontane polarisatierichting tegengesteld aan de richting van het elektrische veld geleidelijk afnemen als gevolg van de inversie van het domein, en die domeinen hebben dezelfde richting als het elektrische veld geleidelijk zal uitzetten, zodat het kristal zich in de richting van het externe veld bevindt. De intensiteit neemt toe met het toenemen van het elektrische veld. Wanneer het elektrische veld van Het piëzo-elektrische schijfelement neemt voldoende toe om alle omgekeerde domeinen in het kristal om te keren naar het externe veld, het kristal wordt een enkel domein, de polarisatie van het kristal bereikt verzadiging en vervolgens neemt het elektrische veld toe. De polarisatie zal lineair toenemen met het elektrische veld (hetzelfde als de polarisatie van een typisch diëlektricum) en een maximale waarde Pmax bereiken, die een functie is van het elektrische veld met de hoogste polarisatie. 

Wanneer het lineaire gedeelte wordt geëxtrapoleerd naar een elektrisch veld van nul, wordt het resulterende snijpunt Ps op de verticale as de verzadigde polarisatie genoemd, wat feitelijk de spontane polarisatie van elk domein is. Wanneer het elektrische veld begint af te nemen vanaf C, zal de polarisatie geleidelijk afnemen langs de CB-curve. Wanneer het elektrische veld van piëzo-elektrische keramische component wordt teruggebracht tot nul, de polarisatie neemt af tot een bepaalde waarde Pr, die de resterende polarisatie van het ferro-elektrische element wordt genoemd. Wanneer het elektrische veld van richting verandert en in negatieve richting toeneemt tot Ec, neemt de polarisatie af tot nul, blijft het omgekeerde elektrische veld toenemen en wordt de polarisatie omgekeerd. Ec wordt de coërcitieve veldsterkte van het ferro-elektrische materiaal genoemd. Naarmate het omgekeerde elektrische veld blijft toenemen, blijft de polarisatie toenemen in de negatieve gradiëntrichting en bereikt een verzadigingswaarde (-Pr) in de negatieve richting, en de ultrasone piëzo-elektrische transducer wordt een kristal met één domein dat een negatieve polarisatie heeft. Als het elektrische veld voortdurend verandert van een hoge negatieve waarde naar een hoge positieve waarde, begint het positieve domein zich te vormen en weer te groeien totdat het hele kristal weer een kristal met één domein wordt met voorwaartse polarisatie. Tijdens dit proces wordt de polarisatie teruggestuurd naar punt C langs het FGH-gedeelte van de retourlijn. Onder invloed van een groot elektrisch wisselveld verandert het elektrische veld dus met een week, en het bovenstaande proces wordt één keer herhaald, waarbij de weergegeven hysteresislus wordt weergegeven. Het gebied dat wordt omsloten door de retourleiding is de benodigde energie