Ferroelektryczność piezoelektrycznych kryształów ceramicznych

Polaryzacja niektórych dielektryków jest bardzo szczególna. W pewnym zakresie temperatur ich stałe dielektryczne nie są stałe, ale zmieniają się wraz z natężeniem pola, a po usunięciu zewnętrznego pola elektrycznego dielektryki te nie są obojętne. Występuje polaryzacja resztkowa. Aby zachować analogię do faktu, że materiały ferromagnetyczne mogą pozostać namagnesowane, ta właściwość Przetwornik piezoceramiczny jest często nazywany ferroelektrykiem. Dielektryk ferroelektryczny nazywany jest ferroelektrykiem. Wśród nich najbardziej wyróżniają się ceramika z tytanianu baru (BaTiO3), monokryształ winianu sodowo-potasowego (NaKC4H4O6⋅H2O) i tym podobne. Ferroelektryki będą wykazywać histerezę podczas procesu osadzania elektrolitycznego. Pętla histerezy pokazuje, że polaryzacja między ciałem ferroelektrycznym a przyłożonym polem elektrycznym jest nieliniowa i polaryzacja ulega odwróceniu wraz z odwróceniem zewnętrznego pola elektrycznego. Inwersja polaryzacji jest wynikiem inwersji domeny, więc pętla histerezy wskazuje na obecność domen w ferroelektryku. Tak zwane domeny to małe obszary, w których kierunki polaryzacji spontanicznej w ferroelektrykach są jednolite, oraz domeny. Granicę między nimi nazywa się ścianą domenową. Kryształy ferroelektryczne piezoelektryczne produkty ceramiczne są zwykle wielodomenowe, spontaniczna polaryzacja w każdej domenie ma ten sam kierunek, a spontaniczna polaryzacja w różnych domenach jest silna.

W przypadku ferroelektryków polikrystalicznych nie ma prawidłowości pomiędzy względnymi orientacjami spontanicznej polaryzacji w różnych domenach całego polikryształu ze względu na całkowitą dowolność orientacji osi kryształu pomiędzy ziarnami.
Ferroelektryki na ogół nie tworzą spontanicznie pojedynczych domen, ale kryształy wielodomenowe mogą być monodomenowe pod silnym zewnętrznym polem elektrycznym. Pod wpływem silnego zewnętrznego pola elektrycznego objętość domeny spontanicznej polaryzacji w krysztale wielodomenowym równoległym lub zbliżonym do kierunku pola zewnętrznego gwałtownie wzrośnie w wyniku tworzenia się nowych jąder domen i ruchu ścian domen, a objętość domeny w innych kierunkach szybko się zmniejszy. Małe znika, co zamienia cały kryształ w jedną domenę. Pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego dynamiczny proces ruchu jądra nowej domeny i ściany domeny nazywany jest procesem odwrócenia domeny. To odwrócenie ma pewne cechy histerezy, więc ferroelektryk wykazuje wspomnianą pętlę histerezy.

Rozważanie pojedynczego kryształu piezoelektrycznego zakłada, że ​​orientacja spontanicznej polaryzacji ma tylko dwie możliwości: jest dodatnia i ujemna wzdłuż określonej osi kryształu; kierunek zewnętrznego pola elektrycznego jest równoległy do ​​osi polaryzacji. Gdy zewnętrzne pole elektryczne wynosi zero, polaryzacja sąsiednich domen w krysztale jest przeciwna, a całkowity moment elektryczny kryształu wynosi zero. Gdy zewnętrzne pole elektryczne będzie stopniowo zwiększane, objętość domeny o kierunku polaryzacji spontanicznej przeciwnej do kierunku pola elektrycznego będzie stopniowo zmniejszać się w wyniku inwersji domeny, a domeny te mają ten sam kierunek co pole elektryczne, będą się stopniowo rozszerzać, tak że kryształ będzie w kierunku pola zewnętrznego. Intensywność wzrasta wraz ze wzrostem pola elektrycznego. Kiedy pole elektryczne element dysku piezoelektrycznego zwiększa się na tyle, aby odwrócić wszystkie odwrotne domeny w krysztale do pola zewnętrznego, kryształ staje się pojedynczą domeną, polaryzacja kryształu osiąga nasycenie, a następnie pole elektryczne wzrasta. Polaryzacja będzie rosła liniowo wraz z polem elektrycznym (tak samo jak polaryzacja typowego dielektryka) i osiągnie maksymalną wartość Pmax, która jest funkcją pola elektrycznego o najwyższej polaryzacji. 

Kiedy część liniową ekstrapoluje się na zerowe pole elektryczne, powstały punkt przecięcia Ps na osi pionowej nazywany jest polaryzacją nasyconą, która w rzeczywistości jest polaryzacją spontaniczną każdej domeny. Kiedy pole elektryczne zaczyna spadać od C, polaryzacja będzie stopniowo zmniejszać się wzdłuż krzywej CB. Kiedy pole elektryczne element ceramiczny piezoelektryczny zostaje zredukowany do zera, polaryzacja maleje do pewnej wartości Pr, która nazywana jest polaryzacją szczątkową ferroelektryka. Kiedy pole elektryczne zmienia kierunek i wzrasta do Ec w kierunku ujemnym, polaryzacja spada do zera, odwrotne pole elektryczne nadal rośnie, a polaryzacja ulega odwróceniu. Ec nazywa się siłą pola koercyjnego ferroelektryka. W miarę dalszego wzrostu odwrotnego pola elektrycznego polaryzacja nadal rośnie w kierunku ujemnego gradientu i osiąga wartość nasycenia (-Pr) w kierunku ujemnym, a ultradźwiękowy przetwornik piezoelektryczny staje się kryształem jednodomenowym o ujemnej polaryzacji. Jeśli pole elektryczne zmienia się w sposób ciągły z wysokiej wartości ujemnej na wysoką wartość dodatnią, domena dodatnia zaczyna się formować i ponownie rosnąć, aż cały kryształ ponownie stanie się kryształem jednodomenowym z polaryzacją do przodu. Podczas tego procesu polaryzacja powraca do punktu C wzdłuż części FGH linii powrotnej. Zatem pod działaniem dużego zmiennego pola elektrycznego pole elektryczne zmienia się o jeden tydzień, a powyższy proces powtarza się raz, pokazując pokazaną pętlę histerezy. Obszar ograniczony przez linię powrotną to energia wymagana do tego