Soutenance mémoire
Les matériaux ferroélectriques
Techniques de synthèses
Généralités sur les méthodes de synthèses:
L’élaboration des matériaux céramiques peut être faite par différentes voies. L’intérêt porté aux propriétés de ces matériaux a entrainé le développement d’une grande variété de méthodes pour les préparer. La technique choisie pour synthétiser et élaborer un matériau ne dépend pas seulement de la composition, mais aussi de l’état sous lequel il doit être utilisé et de son application.
Synthèse par voie solide
L’élaboration par voie solide est un procédé facile à mettre en ouvre et peu coûteux .Il est aussi l’une des techniques la plus utilisées dans la recherche. Cette méthode consiste à traiter thermiquement le mélange de deux ou plusieurs solides (oxydes) pour les faire réagir et former le produit désiré. Les réactifs, des oxydes et/ou des carbonates sous forme de poudres, sont pesés en quantités stoechiométriques et mélangés soigneusement par broyage dans un mortier. La poudre est ensuite soumise à des traitements thermiques adéquates et successifs jusqu’à l’obtention d’une phase pure. La granulométrie des particules joue un rôle très important sur la vitesse de la réaction et sur l’homogénéité du composé obtenu. La diffusion à l’état solide étant lente, un broyage intermédiaire est nécessaire. Bien que cette méthode soit très répandue, elle est associée à plusieurs inconvénients notamment :
– Utilisation des hautes températures, donc pertes de beaucoup d’énergie,
– Lenteur des réactions à l’état solide,
– Hétérogénéité du produit formé avec formation de phases non désirés,
– Coût de revient élève.
Pour éviter ces inconvénients et améliorer la qualité du produit synthétisé, on fait appel à des méthodes telles que les techniques hydrothermales ou la méthode sol-gel. Ces méthodes présentent l’avantage d’opérer à des températures plus faibles que celles utilisées dans le cas de la méthode de la voie solide.
Synthèse par voie sol gel
Cette méthode a été développée dans la période 1950-1960, lorsqu’on s’est aperçu que les colloïdes, formés de très petites particules (de diamètre de 1 à 1000nm), étaient chimiquement très homogènes. Un sol est une suspension de particules colloïdales dans un liquide, les particules ont typiquement un diamètre de 1 à100nm.Un gel est un solide semi-rigide ou le solvant est retenu prisonnier dans le réseau du matériau solide qui peut être colloïdal (un sol concentré) ou un polymère. La préparation d’un sol peut être la dispersion d’un solide insoluble ou l’addition d’un précurseur qui réagit avec le solvant pour former un produit à l’état colloïdal. Exemple, la dispersion d’oxydes ou d’hydroxydes dans l’eau dont le pH est ajusté pour que les particules se dispersent au lieu de précipiter. Le sol est ensuite traité ou bien laissé tel quel pour former un gel. Le gel est chauffé pour obtenir le produit final. Le chauffage sert à : éliminer le solvant, décomposer les anions tel les groupes alcoxydes ou les carbonates pour former l’oxyde, permettre le réarrangement de la structure du solide et sa cristallisation.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : Généralités et rappels bibliographiques
I. Les pérovskites
1 .Définition
2 .Structure type pérovskite
3 .Conditions de stabilité d’une structure pérovskite
3.1. Facteur de Goldschmidt
3.2 .L’ionicité des liaisons
II Généralités sur les matériaux ferroélectriques, propriétés diélectriques
1 .Définition
2. Constate diélectrique
3 .Pertes diélectriques
3.1. Courant de charge
3.2 .Courant de fuite
3.3. Facteur de dissipation
4 .Polarisation
4.1 .Notion de la polarisation
4.2 .Mécanismes de polarisation
5 .Classification des matériaux diélectriques
6 .Piézoélectricité
7 .Pyroélectricité
8. Ferroélectricité
8.1. Domaines ferroélectriques
8.2 .Cycle d’hystérésis
8.3 .Température de Curie et transition de phase
III Description et applications des pérovskites étudiées
1 .Titanate de Baryum BaTiO3
1.1. Définition et structure
1.2 .Transformation des phases
1.3 .Influence de la température sur la permittivité relative
1.4 .Applications
2 .Zirconate de Baryum BaZrO3
2.1 .Structure
2.2 .Applications
CHAPITRE 2 : Techniques de synthèses et caractérisations
I .Techniques de synthèses
1 .Synthèse par voie solide
2 .Synthèse par voie sol gel
3 .Synthèse par voie hydrothermale
II .Techniques de caractérisation
1 .Les rayons X
2 .Le microscope électronique à balayage MEB
3 .Spectroscopie Raman
CHAPITRE 3 : Synthèses et caractérisations des poudres
I .Synthèse de BaZrO3, BaTiO3, Ba Ti 1-x Zr x O3
1 .Synthèse des poudres par voie solide
1.1 .Synthèse de BaTiO3
1.2 .Synthèse de BaZrO3
1.3 .Synthèse de Ba Ti 1-x Zr x O3
2 .Préparation des poudres par voie hydrothermale
2.1 .Synthèse de BaTiO3 et BaZrO3
II .Caractérisation des poudres
1 .Caractérisation par rayon X
2 .Préparation des pastilles pour les mesures diélectriques et le MEB
3 .Caractérisation par le MEB
4 .Caractérisation par Raman de BT
5 .Mesures diélectriques
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
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