Сегнетоелектрика п'єзоелектричних керамічних кристалів

Поляризація деяких діелектриків дуже особлива. У певному діапазоні температур їх діелектричні проникності непостійні, а змінюються залежно від напруженості поля, і після зняття зовнішнього електричного поля ці діелектрики не нейтральні. Є залишкова поляризація. Щоб бути аналогічним тому, що феромагнітні матеріали можуть залишатися намагніченими, ця властивість П'єзокерамічний перетворювач часто називають сегнетоелектриком. Сегнетоелектричний діелектрик називають сегнетоелектриком. Серед них найвідомішими є кераміка з титанату барію (BaTiO3), монокристал тартрату натрію калію (NaKC4H4O6⋅H2O) тощо. Сегнетоелектрики демонструватимуть гістерезис під час процесу електроосадження. Петля гістерезису показує, що поляризація між сегнетоелектричним тілом і прикладеним електричним полем є нелінійною, і поляризація змінюється на протилежну, оскільки змінюється зовнішнє електричне поле. Інверсія поляризації є результатом інверсії домену, тому петля гістерезису вказує на наявність доменів у сегнетоелектрику. Так звані домени - це невеликі області, в яких напрями спонтанної поляризації в сегнетоелектриках однорідні, і домени. Кордон між ними називається доменною стінкою. Сегнетоелектричні кристали п’єзоелектричні керамічні вироби зазвичай багатодоменні, спонтанна поляризація в кожному домені має однаковий напрямок, а спонтанна поляризація в різних доменах сильна.

Для полікристалічних сегнетоелектриків відсутня закономірність між взаємними орієнтаціями спонтанної поляризації в різних доменах для всього полікристала через повну довільність орієнтації кристалічних осей між зернами.
Сегнетоелектрики, як правило, не утворюють спонтанно одиничні домени, але багатодоменні кристали можуть бути монодоменними під сильним зовнішнім електричним полем. Під дією сильного зовнішнього електричного поля об’єм домену спонтанної поляризації в багатодоменному кристалі, паралельному або близькому до напрямку зовнішнього поля, буде швидко розширюватися за рахунок утворення нових зародків домену та руху стінок домену, а об’єм домену в інших напрямках буде швидко зменшуватися. Малий зникає, що перетворює весь кристал в єдиний домен. Під дією зовнішнього електричного поля динамічний процес руху зародка нового домену та доменної стінки називається процесом інверсії домену. Цей реверс має деякі характеристики гістерезису, тому сегнетоелектрик демонструє вищезгадану петлю гістерезису.

Розгляд окремого п’єзокристала означає припущення, що орієнтація спонтанної поляризації має лише дві можливості: вона позитивна та негативна вздовж певної осі кристала; напрямок зовнішнього електричного поля паралельний осі поляризації. Коли зовнішнє електричне поле дорівнює нулю, поляризація сусідніх доменів у кристалі протилежна, і повний електричний момент кристала дорівнює нулю. Коли зовнішнє електричне поле поступово збільшується, об’єм домену спонтанного напрямку поляризації, протилежного напрямку електричного поля, поступово зменшуватиметься через інверсію домену, і ці домени мають той самий напрямок, що й електричне поле, поступово розширюватимуться, так що кристал буде в напрямку зовнішнього поля. Інтенсивність зростає зі збільшенням електричного поля. Коли електричне поле о п'єзоелектричний дисковий елемент збільшується настільки, щоб перевернути всі зворотні домени в кристалі на зовнішнє поле, кристал стає одним доменом, поляризація кристала досягає насичення, а потім електричне поле збільшується. Поляризація буде зростати лінійно з електричним полем (так само, як поляризація типового діелектрика) і досягне максимального значення Pmax, яке є функцією електричного поля найвищої поляризації. 

Коли лінійна частина екстраполюється до нульового електричного поля, результуючий відрізок Ps на вертикальній осі називається насиченою поляризацією, яка насправді є спонтанною поляризацією кожного домену. Коли електричне поле починає зменшуватися від C, поляризація поступово зменшуватиметься вздовж кривої CB. Коли електричне поле о п'єзоелектрична керамічна складова зводиться до нуля, поляризація зменшується до певного значення Pr, яке називається залишковою поляризацією сегнетоелектрика. Коли електричне поле змінює напрямок і збільшується до Ec у негативному напрямку, поляризація зменшується до нуля, зворотне електричне поле продовжує зростати, а поляризація змінюється на протилежну. Ec називають напруженістю коерцитивного поля сегнетоелектрика. Оскільки зворотне електричне поле продовжує збільшуватися, поляризація продовжує збільшуватися в напрямку негативного градієнта і досягає значення насичення (-Pr) у негативному напрямку, і Ультразвуковий п'єзоелектричний перетворювач перетворюється на однодоменний кристал, який має негативну поляризацію. Якщо електричне поле безперервно змінюється від високого негативного значення до високого позитивного значення, позитивний домен починає формуватися та рости знову, доки весь кристал знову не стане єдиним доменним кристалом із прямою поляризацією. Під час цього процесу поляризація повертається до точки C вздовж частини FGH зворотної лінії. Таким чином, під дією великого змінного електричного поля електричне поле змінюється на один тиждень, і вищевказаний процес повторюється один раз, показуючи показану петлю гістерезису. Площа, обмежена зворотною лінією, є енергією, необхідною для