Les matériaux ferroélectriques

Céramiques ferroélectriques à base de Titane

L’intérêt des matériaux de type pérovskite réside dans la forte valeur de la permittivité à la température de curie Tc. Il est intéressant de connaître quelques règles générales de variation de Tc en fonction des diverses substitutions afin de pouvoir introduire Tc dans la gamme des températures d’utilisation des condensateurs de type II, en particulier.

La diminution de la taille de l’ion An+ (An+ : cations se plaçant en sites dodécaédriques des composés pérovskite de formule AMX3), entraîne une chute de Tc (Tc [BaTiO3] = 393 K ; SrTiO3 n’est pas ferroélectrique). La température de Curie décroît continûment le long de la solution solide Ba1-xSrxTiO3 (Fig. 5) [8].

Les composés comportant des cations à doublets non engagés (Tl+, Pb2+, Bi3+) localisés en site de coordinence 12 ont des températures de curie élevées (Tc[PbTiO3] = 763 K). C’est ainsi que la température de curie de la solution solide Ba1-xPbxTiO3 croit avec x, bien que la taille de l’ion Pb2+ soit inférieur à celle de Ba2+ (Fig. 5) [9].

L’augmentation de la taille de l’ion Mn+ provoque une chute de Tc en total accord avec l’origine de la ferroélectricité dans les pérovskites. Le déplacement du cation Mn+ hors du centre de gravité de l’octaèdre est d’autant plus aisé que ce cation possède une taille plus faible (Tc [BaTiO3] = 393 k, mais BaZrO3 n’est pas ferroélectrique). La température de curie de la solution solide de formule Ba (Ti1-xZrx) O3 décroît avec x (Fig. 5) [10].

La valeur de Tc est fortement liée au degré de covalence des liaisons M-X. Les deux exemples suivant sont significatifs. Le remplacement de l’ion Nb5+ par Ta5+ (de taille très voisine) provoque une très forte chute de Tc en raison de la covalence plus élevée des liaisons Nb-X (Tc [KNbO3] = 691 K alors que KTaO3 n’est pas ferroélectrique). Un autre moyen de diminuer la covalence des liaisons M-X consiste à remplacer l’oxygène par le fluor (Tc [BaTiO3] = 393 k, mais BaLiF3 n’est pas ferroélectrique).

Titanate de strontium (SrTiO3)

SrTiO3 est une pérovskite qui appartient à la famille des paraélectriques. A température ambiante, SrTiO3 a une permittivité diélectrique de 300 environ. La variation thermique de la constante diélectrique relative réelle εr suit la loi de Curie-Weiss avec une température de transition de T0 = -237,5 °C. A basse température, en dessous de -269 °C, la permittivité atteint la valeur de 24000.

La maille est de symétrie cubique à température ambiante : symétrie du groupe spatial Pmm3, paramètre de maille a = 3,905 Å [38].

Les recherches structurales sur SrTiO3 ont mis en évidence deux transitions de phases ; la première, du quadratique à l’orthorhombique, autour de -208 °C [39]. La deuxième, du quadratique au cubique a lieu entre -168 et -163 °C. La figure 8 représente la maille cubique de SrTiO3. La nature exacte de cette deuxième transition de phase du second ordre n’est pas encore bien comprise.

Le titanate de strontium est une céramique largement utilisée en électronique. Ses applications typiques sont :
 les condensateurs [44];
 les substrats pour la croissance cristalline [45];
 les applications en catalyse et en photocatalyse [46] ;
 les applications dans le domaine des micro-ondes [47].

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INTRODUCTION
Chapitre I : Généralités et rappels bibliographie
I. Les matériaux ferroélectriques
I.1 Définition
I.2 Structure cristalline
II. Transition de phase d’un matériau ferroélectrique
II.1 Définition
II.2 Le point de Curie ferroélectrique Tc
III. Les matériaux ferroélectriques de type pérovskite
III.1 Description de la structure pérovskite
IV. Céramiques ferroélectriques à base de Titane
V. Etude bibliographique sur les composé BaTiO3, CaTiO3, et SrTiO3
V.1 Titanate de baryum (BaTiO3)
V.2 Titanate de calcium (CaTiO3
V.3 Titanate de strontium (SrTiO3)
CHAPITRE II : TECHNIQUES DE SYNTHESES ET DE caractérisations
I. Techniques de synthèses
I.1 Synthèse par voie solide
I.2 Synthèse par voie sol-gel
I.3 Synthèse par voie hydrothermale
II. Techniques de caractérisations
II.1 Analyse radiocristallographique sur poudre (rayon X)
II.3 La microscopie électronique à balayage MEB
CHAPITRE III : ETUDE DES PHASES PEROVSKITES A BASE DE TITANATE
I. Synthèse par voie solide des phases MTiO3 (M= Ba, Ca, Sr)
II.1 Caractérisation par diffraction de Rayon X (DRX)
II.2 Caractérisation par spectroscopie Raman
II.3 Caractérisation par microscope électronique à balayage
II.3.1 Mise en forme de l’échantillon
II.3.2 Microstructure du composé BT
III. Caractérisation de Titanate de strontium (CaTiO3
III.1 Caractérisation par diffraction de Rayon X (DRX)
IV. Caractérisation de Titanate de strontium (SrTiO3)
IV.1 Caractérisation par diffraction de Rayon X (RDX)
IV.2 Caractérisation par spectroscopie Raman
IV.3 Caractérisation par microscope électronique à balayage
V. Etude des solutions solide
V.1 Synthèse et caractérisation de BaTi1-xZrxO3
V.1.2 Les paramètres de maille
V.2 Synthèse et caractérisation de Sr1-x CaxTiO3
V.1 Caractérisation par diffraction de Rayon X
V.2 la taille de grains : Equation de Scherrer
VI. Etude thermique des composés ST et SCT50
VI.1 Analyse des résultats
VI.1.1 Résultats obtenue pour la pastille de ST
VI.1.2 Résultats obtenus pour la pastille de STC50
VI.2 Morphologie des pastilles traitées
VI.2.1 Echantillon de SrTiO3 (ST)
VI.2.2 Echantillon de Sr0.5Ca0.5TiO3 (STC50)
CONCLUSION GENERALE