Ferroélectricité des cristaux en céramique piézoélectrique

La polarisation de certains diélectriques est très spéciale. Dans une certaine plage de températures, leurs constantes diélectriques ne sont pas constantes, mais varient avec la résistance du champ, et après avoir retiré le champ électrique externe, ces diélectriques ne sont pas neutres. Il y a une polarisation résiduelle. Afin d'être analogue au fait que les matériaux ferromagnétiques peuvent rester magnétisés, cette propriété detransducteur en céramique piézoest souvent appelé ferroélectricité. Un diélectrique ferroélectrique est appelé ferroélectrique. Parmi eux, la céramique de titanate de baryum (BATIO3), le cartouche de tartrate de sodium potassium (NAKC4H4O6⋅H2O) et autres sont les plus proéminents.Les ferroélectriques présenteront l'hystérésis pendant le processus d'électrodéposition. La boucle d'hystérésis montre que la polarisation entre le corps ferroélectrique et le champ électrique appliqué est non linéaire, et la polarisation est inversée lorsque le champ électrique externe est inversé. L'inversion de polarisation est le résultat de l'inversion du domaine, donc la boucle d'hystérésis indique la présence de domaines dans le ferroélectrique. Les soi-disant domaines sont de petites régions dans lesquelles les directions de polarisation spontanée dans les ferroélectriques sont uniformes et les domaines. La frontière entre eux est appelée le mur de domaine. Cristaux ferroélectriques deproduits en céramique piézoélectriquesont généralement multi-domaines, la polarisation spontanée dans chaque domaine a la même direction, et la polarisation spontanée dans les différents domaines est forte.

Pour les ferroélectriques polycristallins, il n'y a pas de régularité entre les orientations relatives de la polarisation spontanée dans les différents domaines pour l'ensemble du polycristal en raison de l'arbitraire complète de l'orientation des axes cristallins entre les grains.
Les ferroélectriques ne forment généralement pas spontanément de domaines uniques, mais les cristaux multidomaines peuvent être monodomainisés sous un fort champ électrique externe. Sous l'action d'un fort champ électrique externe, le volume de domaine de la polarisation spontanée dans le cristal multi-domaine parallèle ou proche de la direction externe se développera rapidement en raison de la formation de nouveaux noyaux de domaine et du mouvement des murs de domaine, et le volume du domaine dans d'autres directions diminuera rapidement. Les petits disparaissent, qui transforment tout le cristal en un seul domaine. Dans l'action du champ électrique externe, le processus dynamique du nouveau noyau de domaine et du mouvement de la paroi de domaine est appelé le processus d'inversion du domaine. Cet inversion a quelques caractéristiques d'hystérésis, donc le ferroélectrique présente la boucle d'hystérésis susmentionnée.

Considérant un seul cristal piézo-piétique supposait que l'orientation de la polarisation spontanée n'a que deux possibilités. Il est positif et négatif le long d'un certain axe cristallin; La direction du champ électrique externe est parallèle à l'axe de polarisation. Lorsque le champ électrique externe est nul, la polarisation des domaines adjacents dans le cristal est opposé et le moment électrique total du cristal est nul. Lorsque le champ électrique externe augmente progressivement, le volume de domaine de la direction de polarisation spontanée opposée à la direction du champ électrique diminuera progressivement en raison de l'inversion du domaine, et ces domaines ont la même direction que le champ électrique se dilater, de sorte que le cristal est en direction du champ externe. L'intensité augmente avec l'augmentation du champ électrique. Lorsque le champ électrique deélément de disque piézoélectriqueaugmente suffisamment pour inverser tous les domaines inverses du cristal au champ externe, le cristal devient un seul domaine, la polarisation du cristal atteint la saturation, puis le champ électrique augmente. La polarisation augmentera linéairement avec le champ électrique (identique à la polarisation d'un diélectrique typique) et atteint une valeur maximale PMax, qui est fonction du champ électrique de polarisation le plus élevé.

Lorsque la partie linéaire est extrapolée sur un champ électrique zéro, l'interception résultant sur l'axe vertical est appelée polarisation saturée, qui est en fait la polarisation spontanée de chaque domaine. le long de la courbe C-B. Lorsque le champ électrique decomposant en céramique piézoélectriqueest réduit à zéro, la polarisation diminue à une certaine valeur Pr, qui est appelée polarisation résiduelle du ferroélectrique. Lorsque le champ électrique modifie la direction et augmente en EC dans le sens négatif, la polarisation diminue à zéro, le champ électrique inversé continue d'augmenter et la polarisation est inversée. EC est appelée la force de champ coercitive du ferroélectrique. Alors que le champ électrique inversé continue d'augmenter, la polarisation continue d'augmenter dans la direction du gradient négative et atteint une valeur de saturation (-pr) dans la direction négative, et letransducteur piézoélectrique à ultrasonsdevient un cristal de domaine unique qui a une polarisation négative. Si le champ électrique change en continu d'une valeur négative élevée à une valeur positive élevée, le domaine positif recommence à se former et à se développer jusqu'à ce que tout le cristal devienne un cristal de domaine unique avec une polarisation vers l'avant. Au cours de ce processus, la polarisation est retournée au point C le long de la partie FGH de la ligne de retour. Ainsi, sous l'action d'un grand champ électrique alterné, le champ électrique change d'une semaine, et le processus ci-dessus est répété une fois, montrant la boucle d'hystérésis indiquée. La zone enfermée par la ligne de retour est l'énergie requise pour