Rev. Phys. Appl. (Paris) 20, 395-402 (1985)
DOI: 10.1051/rphysap:01985002006039500

A new method for studying piezoelectric materials

C. Alquié et J. Lewiner

Laboratoire d'Electricité Générale, Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris, 10, rue Vauquelin, 75005 Paris, France

Abstract
In the preparation of piezoelectric materials, it is generally necessary to apply to an insulating material a high poling electric field. During this operation various processes can take place which can strongly influence the performances of the obtained transducer. Until now experience and know how have been the leading factors for the determination of the poling parameters. This may change due to a new experimental technique which can bring informations on what is happening in the bulk of the material. This technique uses the effect of a pressure wave propagation (PWP) in the sample. In the present paper we will analyze the various processes which can occur while applying an electric field to insulating materials such as ceramics or polymers. We will then describe the basic principles of the PWP method and show how it can lead to crucial informations. A typical experimental set up will be presented and preliminary data obtained on such transducer materials as quartz, polymer or ceramics will be described and discussed.

Résumé
L'élaboration de matériaux piézoélectriques nécessite généralement l'application d'un champ électrique intense à un matériau isolant, afin d'y créer une polarisation permanente. Pendant cette opération, divers effets peuvent se produire et influencer considérablement les performances du transducteur obtenu. Jusqu'à présent les conditions de polarisation n'étaient déterminées que par l'expérience et le savoir-faire. La mise au point d'une technique expérimentale nouvelle qui apporte des informations directes sur la distribution de charges ou de polarisation à l'intérieur du matériau pourrait radicalement changer cette situation. Cette technique utilise l'effet de la propagation d'une onde de pression (méthode PWP) dans le matériau à tester. Nous analyserons les divers processus qui peuvent se produire lorsqu'un champ électrique est appliqué à des matériaux isolants tels que des céramiques ou des polymères. Nous exposerons ensuite le principe de la méthode PWP et montrerons qu'elle peut conduire à des informations cruciales. Un dispositif expérimental sera décrit et des résultats préliminaires obtenus sur des matériaux pour transducteurs tels que des monocristaux de quartz, des films de polymères et des céramiques seront présentés et discutés.

PACS
4385 - Acoustical measurements and instrumentation.
6260 - Acoustic properties of liquids.
7760 - Piezoelectricity and electrostriction.
8170C - Nondestructive testing.

Key words
acoustic wave propagation -- ultrasonic materials testing -- piezoelectric materials -- high poling electric field -- transducer -- poling parameters -- pressure wave propagation -- ceramics -- polymers