Ferroelektricitet hos piezoelektriska keramiska kristaller

Polariseringen av vissa dielektrika är mycket speciell. I ett visst temperaturområde är deras dielektriska konstanter inte konstanta, utan varierar med fältstyrkan, och efter att det externa elektriska fältet har tagits bort är dessa dielektrika inte neutrala. Det finns kvarvarande polarisering. För att vara analog med det faktum att ferromagnetiska material kan förbli magnetiserade, denna egenskap av piezokeramisk givare kallas ofta ferroelektricitet. Ett ferroelektriskt dielektrikum kallas ferroelektriskt. Bland dem är bariumtitanatkeramik (BaTiO3), natriumkaliumtartrat enkristall (NaKC4H4O6⋅H2O) och liknande mest framträdande. Ferroelektriska ämnen kommer att uppvisa hysteres under elektroavsättningsprocessen. Hysteresloopen visar att polarisationen mellan den ferroelektriska kroppen och det pålagda elektriska fältet är olinjär, och polarisationen vänds när det externa elektriska fältet vänds. Polarisationsinversionen är resultatet av domäninversion, så hysteresloopen indikerar närvaron av domäner i ferroelektriken. De så kallade domänerna är små områden där de spontana polarisationsriktningarna i ferroelektriken är enhetliga, och domänerna. Gränsen mellan dem kallas domänväggen. Ferroelektriska kristaller av piezoelektriska keramiska produkter är vanligtvis multidomäner, den spontana polariseringen i varje domän har samma riktning och den spontana polariseringen i de olika domänerna är stark.

För polykristallin ferroelektrik finns det ingen regelbundenhet mellan de relativa orienteringarna av spontan polarisation i de olika domänerna för hela polykristallen på grund av den fullständiga godtyckligheten i orienteringen av kristallaxlarna mellan kornen.
Ferroelektrik bildar i allmänhet inte spontant enstaka domäner, men multidomänkristaller kan monodomainiseras under ett starkt externt elektriskt fält. Under verkan av ett starkt externt elektriskt fält kommer domänvolymen för den spontana polarisationen i multidomänkristallen parallellt med eller nära den externa fältriktningen att expandera snabbt på grund av bildandet av nya domänkärnor och domänväggarnas rörelse, och domänvolymen i andra riktningar kommer att minska snabbt. Small försvinner, vilket gör hela kristallen till en enda domän. Under inverkan av ett yttre elektriskt fält kallas den dynamiska processen med ny domänkärna och domänväggsrörelse för domänomvändningsprocessen. Denna omkastning har vissa hysteresegenskaper, så ferroelektriken uppvisar den tidigare nämnda hysteresloopen.

Att betrakta en enskild piezokristall är att anta att orienteringen av spontan polarisation endast har två möjligheter. Den är positiv och negativ längs en viss kristallaxel; riktningen för det externa elektriska fältet är parallell med polarisationsaxeln. När det externa elektriska fältet är noll, är polariseringen av intilliggande domäner i kristallen motsatt, och det totala elektriska momentet för kristallen är noll. När det externa elektriska fältet gradvis ökas, kommer domänvolymen för den spontana polarisationsriktningen motsatt riktningen för det elektriska fältet gradvis att minska på grund av inversionen av domänen, och dessa domäner har samma riktning som det elektriska fältet kommer gradvis att expandera, så att kristallen är i riktning mot det yttre fältet. Intensiteten ökar med ökningen av det elektriska fältet. När det elektriska fältet av Det piezoelektriska skivelementet ökar tillräckligt för att vända alla de omvända domänerna i kristallen till det yttre fältet, kristallen blir en enda domän, kristallens polarisering når mättnad, och sedan ökar det elektriska fältet. Polariseringen kommer att öka linjärt med det elektriska fältet (samma som polariseringen av ett typiskt dielektrikum) och nå ett maximalt värde Pmax, vilket är en funktion av det elektriska fältet med högsta polarisationen. 

När den linjära delen extrapoleras till ett elektriskt fält noll kallas den resulterande skärningen Ps på den vertikala axeln för den mättade polariseringen, vilket faktiskt är den spontana polariseringen av varje domän. När det elektriska fältet börjar minska från C kommer polarisationen gradvis att minska längs CB-kurvan. När det elektriska fältet av piezoelektrisk keramisk komponent reduceras till noll, polarisationen minskar till ett visst värde Pr, vilket kallas restpolariseringen av ferroelektriken. När det elektriska fältet ändrar riktning och ökar till Ec i negativ riktning, minskar polarisationen till noll, det omvända elektriska fältet fortsätter att öka och polarisationen vänds. Ec kallas ferroelektrikens koercitivfältstyrka. När det omvända elektriska fältet fortsätter att öka, fortsätter polarisationen att öka i den negativa gradientriktningen och når ett mättnadsvärde (-Pr) i den negativa riktningen, och piezoelektrisk ultraljudsgivare blir en endomänkristall som har en negativ polarisation. Om det elektriska fältet ändras kontinuerligt från ett högt negativt värde till ett högt positivt värde, börjar den positiva domänen att bildas och växa igen tills hela kristallen blir en enda domänkristall med framåtpolarisering igen. Under denna process återförs polarisationen till punkt C längs FGH-delen av returledningen. Under inverkan av ett stort elektriskt växelfält ändras sålunda det elektriska fältet med en vecka, och ovanstående process upprepas en gång, vilket visar den visade hysteresloopen. Området som omges av returledningen är den energi som krävs för att