Ferroelektrizität von piezoelektrischen Keramikkristallen

Die Polarisation einiger Dielektrika ist etwas ganz Besonderes. In einem bestimmten Temperaturbereich sind ihre dielektrischen Konstanten nicht konstant, variieren jedoch mit der Feldstärke, und nach dem Entfernen des externen elektrischen Feldes sind diese Dielektrika nicht neutral. Es gibt Restpolarisation. Um analog zu der Tatsache zu sein, dass ferromagnetische Materialien magnetisiert bleiben können, diese Eigenschaft vonPiezo -Keramikwandlerwird oft als Ferroelektrizität bezeichnet. Ein ferroelektrisches Dielektrikum wird als ferroelektrisch bezeichnet. Unter ihnen sind Barium -Titanat -Keramik (Batio3), Natriumkaliumtartrat -Einzelkristall (NAKC4H4O6 · H2O) und dergleichen am prominentesten. Die Ferroelektrika zeigen während des Elektropositionsprozesses eine Hysterese. Die Hystereseschleife zeigt, dass die Polarisation zwischen dem ferroelektrischen Körper und dem angelegten elektrischen Feld nichtlinear ist und die Polarisation umgekehrt ist, wenn das externe elektrische Feld umgekehrt ist. Die Polarisationsinversion ist das Ergebnis der Domäneninversion, sodass die Hystereseschleife das Vorhandensein von Domänen im ferroelektrischen Bereich angibt. Die sogenannten Domänen sind kleine Regionen, in denen die spontanen Polarisationsrichtungen in der Ferroelektrik einheitlich und die Domänen sind. Die Grenze zwischen ihnen wird als Domänenwand bezeichnet. Ferroelektrische Kristalle vonPiezoelektrische Keramikproduktesind normalerweise Multi-Domänen, die spontane Polarisation in jeder Domäne hat die gleiche Richtung und die spontane Polarisation in den verschiedenen Domänen ist stark.

Für polykristalline Ferroelektrika gibt es keine Regelmäßigkeit zwischen den relativen Orientierungen der spontanen Polarisation in den verschiedenen Domänen für die gesamte Polykristall, da die Orientierung der Kristallachsen zwischen den Körnern vollständig ausgerichtet ist.
Ferroelektrika bilden im Allgemeinen keine einzelnen Domänen, aber Multidomänenkristalle können unter einem starken externen elektrischen Feld monodomänen. Unter der Wirkung eines starken externen elektrischen Feldes wird das Domänenvolumen der spontanen Polarisation in der Parallele des Multi-Domänen-Kristalls oder in der Nähe der externen Feldrichtung aufgrund der Bildung neuer Domänenkerne und der Bewegung der Domänenwände schnell ausdehnt, und wird schnell ausdehnen, und die Bewegung der Domänenwände,,, und das Domänenvolumen in andere Richtungen wird schnell abnehmen. Small verschwindet, was den gesamten Kristall in eine einzelne Domäne verwandelt. Unter der Wirkung des externen elektrischen Feldes wird der dynamische Prozess des neuen Domänenkerns und der Domänenwandbewegung als Domänenumkehrprozess bezeichnet. Diese Umkehrung weist einige Hystereseeigenschaften auf, sodass die ferroelektrische Hystereseschleife aufweist.

In Anbetracht eines einzelnen Piezokristalls wird angenommen, dass die Ausrichtung der spontanen Polarisation nur zwei Möglichkeiten hat. Es ist entlang einer bestimmten Kristallachse positiv und negativ; Die Richtung des externen elektrischen Feldes ist parallel zur Polarisationsachse. Wenn das externe elektrische Feld Null ist, ist die Polarisation benachbarter Domänen im Kristall entgegengesetzt, und das Gesamt -Elektromoment des Kristalls ist Null. Wenn das externe elektrische Feld allmählich erhöht wird, nimmt das Domänenvolumen der spontanen Polarisationsrichtung gegenüber der Richtung des elektrischen Feldes aufgrund der Inversion der Domäne allmählich ab, und diese Domänen haben die gleiche Richtung wie das elektrische Feld allmählich Erweitern Sie, so dass sich der Kristall in Richtung des äußeren Feldes befindet. Die Intensität nimmt mit zunehmendem elektrischem Feld zu. Wenn das elektrische Feld vonPiezoelektrisches ScheibenelementErhöht sich ausreichend, um alle umgekehrten Domänen im Kristall zum äußeren Feld umzukehren, der Kristall wird zu einer einzelnen Domäne, die Polarisation des Kristalls erreicht die Sättigung und dann steigt das elektrische Feld. Die Polarisation erhöht sich linear mit dem elektrischen Feld (wie der Polarisation eines typischen Dielektrikums) und erreicht einen maximalen Wert -PMAX, der eine Funktion des elektrischen Feldes mit höchster Polarisation ist.

Wenn der lineare Teil auf das elektrische Feld von Null extrapoliert wird, wird die resultierende Abfang -PS -PS auf der vertikalen Achse als gesättigte Polarisation bezeichnet, was tatsächlich die spontane Polarisation jeder Domäne ist. Wenn das elektrische Feld von C abnimmt, nimmt die Polarisation allmählich ab entlang der C-B-Kurve. Wenn das elektrische Feld vonPiezoelektrische Keramikkomponentewird auf Null reduziert, die Polarisation nimmt auf einen bestimmten Wert PR ab, der als Restpolarisation des Ferroelektrikums bezeichnet wird. Wenn das elektrische Feld die Richtung ändert und in negativer Richtung zu EC ansteigt, nimmt die Polarisation auf Null ab, das umgekehrte elektrische Feld nimmt weiter zu und die Polarisation wird umgekehrt. EC wird als Zwangsfeldstärke des ferroelektrischen als die Zwangsfeldstärke bezeichnet. Da das umgekehrte elektrische Feld weiter zunimmtUltraschallpiezoelektrischer Wandlerwird zu einem einzelnen Domänenkristall, der eine negative Polarisation aufweist. Wenn sich das elektrische Feld kontinuierlich von einem hohen negativen Wert zu einem hohen positiven Wert ändert, beginnt sich die positive Domäne zu bilden und zu wachsen, bis der gesamte Kristall erneut zu einem einzelnen Domänenkristall mit Vorwärtspolarisation wird. Während dieses Prozesses wird die Polarisation entlang des FGH -Teils der Rückkehrlinie zu Punkt C zurückgegeben. Unter der Wirkung eines großen alternierenden elektrischen Feldes ändert sich das elektrische Feld um eine Woche und der obige Vorgang wird einmal wiederholt und zeigt die gezeigte Hystereseschleife. Der von der Rückkehrlinie eingeschlossene Bereich ist die Energie, die erforderlich ist