Ferroelektrisitet til piezoelektriske keramiske krystaller

Polariseringen av enkelte dielektriske stoffer er veldig spesiell. I et visst temperaturområde er deres dielektriske konstanter ikke konstante, men varierer med feltstyrken, og etter å ha fjernet det eksterne elektriske feltet er disse dielektrikkerne ikke nøytrale. Det er gjenværende polarisering. For å være analog med det faktum at ferromagnetiske materialer kan forbli magnetisert, er denne egenskapen til piezokeramisk transduser blir ofte referert til som ferroelektrisitet. Et ferroelektrisk dielektrikum kalles et ferroelektrisk. Blant dem er bariumtitanat-keramikk (BaTiO3), natriumkaliumtartrat-enkrystall (NaKC4H4O6⋅H2O) og lignende mest fremtredende. Ferroelektriske stoffer vil utvise hysterese under elektroavsetningsprosessen. Hysteresesløyfen viser at polarisasjonen mellom det ferroelektriske legemet og det påførte elektriske feltet er ikke-lineær, og polarisasjonen reverseres når det eksterne elektriske feltet reverseres. Polarisasjonsinversjonen er resultatet av domeneinversjonen, så hysteresesløyfen indikerer tilstedeværelsen av domener i det ferroelektriske. De såkalte domenene er små områder der de spontane polarisasjonsretningene i ferroelektrikken er ensartede, og domenene. Grensen mellom dem kalles domeneveggen. Ferroelektriske krystaller av piezoelektriske keramiske produkter er vanligvis multi-domener, den spontane polarisasjonen i hvert domene har samme retning, og den spontane polarisasjonen i de forskjellige domenene er sterk.

For polykrystallinsk ferroelektrikk er det ingen regularitet mellom de relative orienteringene av spontan polarisering i de forskjellige domenene for hele polykrystallen på grunn av den fullstendige vilkårligheten til orienteringen av krystallaksene mellom kornene.
Ferroelektrikk danner generelt ikke spontant enkeltdomener, men multidomenekrystaller kan monodomene under et sterkt eksternt elektrisk felt. Under påvirkning av et sterkt eksternt elektrisk felt vil domenevolumet til den spontane polarisasjonen i multidomenekrystallen parallelt med eller nær den eksterne feltretningen raskt utvide seg på grunn av dannelsen av nye domenekjerner og bevegelsen av domeneveggene, og domenevolumet i andre retninger vil reduseres raskt. Small forsvinner, noe som gjør hele krystallen til et enkelt domene. Under påvirkning av eksternt elektrisk felt kalles den dynamiske prosessen med ny domenekjerne og domeneveggbevegelse domenereverseringsprosessen. Denne reverseringen har noen hysterese-karakteristikker, så ferroelektrikken viser den nevnte hysteresesløyfen.

Å vurdere en enkelt piezokrystall er å anta at orienteringen av spontan polarisering bare har to muligheter. Den er positiv og negativ langs en bestemt krystallakse; retningen til det eksterne elektriske feltet er parallell med polarisasjonsaksen. Når det eksterne elektriske feltet er null, er polarisasjonen av tilstøtende domener i krystallen motsatt, og det totale elektriske momentet til krystallen er null. Når det eksterne elektriske feltet økes gradvis, vil domenevolumet til den spontane polarisasjonsretningen motsatt retningen til det elektriske feltet gradvis avta på grunn av inversjonen av domenet, og disse domenene har samme retning som det elektriske feltet vil gradvis utvide seg, slik at krystallen er i retning av det ytre feltet. Intensiteten øker med økningen av det elektriske feltet. Når det elektriske feltet av piezoelektrisk plateelement øker nok til å reversere alle de omvendte domenene i krystallen til det ytre feltet, krystallen blir et enkelt domene, polarisasjonen av krystallen når metning, og deretter øker det elektriske feltet. Polarisasjonen vil øke lineært med det elektriske feltet (samme som polarisasjonen til et typisk dielektrikum) og nå en maksimal verdi Pmax, som er en funksjon av det elektriske feltet med høyest polarisasjon. 

Når den lineære delen ekstrapoleres til null elektrisk felt, kalles den resulterende avskjæringen Ps på den vertikale aksen den mettede polarisasjonen, som faktisk er den spontane polarisasjonen til hvert domene. Når det elektriske feltet begynner å avta fra C, vil polarisasjonen gradvis avta langs CB-kurven. Når det elektriske feltet av piezoelektrisk keramisk komponent reduseres til null, avtar polarisasjonen til en viss verdi Pr, som kalles gjenværende polarisering av ferroelektriske. Når det elektriske feltet endrer retning og øker til Ec i negativ retning, synker polarisasjonen til null, det omvendte elektriske feltet fortsetter å øke, og polarisasjonen reverseres. Ec kalles tvangsfeltstyrken til det ferroelektriske. Når det omvendte elektriske feltet fortsetter å øke, fortsetter polarisasjonen å øke i negativ gradientretning og når en metningsverdi (-Pr) i negativ retning, og ultralyd piezoelektrisk transduser blir en enkelt domene krystall som har en negativ polarisering. Hvis det elektriske feltet endres kontinuerlig fra en høy negativ verdi til en høy positiv verdi, begynner det positive domenet å dannes og vokse igjen til hele krystallen blir en enkelt domenekrystall med foroverpolarisering igjen. Under denne prosessen returneres polarisasjonen til punkt C langs FGH-delen av returlinjen. Således, under påvirkning av et stort vekslende elektrisk felt, endres det elektriske feltet med en uke, og prosessen ovenfor gjentas én gang, og viser hysteresesløyfen. Området som er omsluttet av returledningen er energien som kreves for å