PFE & RAPPORT Etude des propriétés physico-chimiques des céramiques (BFO, PT et PZT) élaborées par voie hydrothermale et par voie solide PDF
Introduction générale
Chapitre I : Généralités
Partie A : Notions sur les matériaux ferroélectriques
A-1.Ferroélectricité
A-1-1.Historique de la ferroélectricité
A-1-2.Propriétés des cristaux ferroélectriques
A-2.Propriétés diélectriques
A-2-1.Permittivité diélectrique
A-2-2.Angle de perte diélectrique (tan
A-3.Paraélectricité
A-4.Type de polarisation
A-4-1.Polarisation spontanée
A-4-2.Polarisation totale
A-5.Cycle d’hystérésis
A-6.Point de curie
A-7.Classes ferroélectriques
Partie B : Généralités sur les pérovskites
B-1.Structure cristalline de pérovskite ABO3
B-2.Condition de stabilité structurale de la pérovskite
B-3. Généralités sur pérovskites étudiées « PZT-CCTO »
B-3-1.Titano-zirconate de plomb (PZT)
B-3-2.Dopage du système PZT
B-3-3. Titanate de calcium et de cuivre
Chapitre II : Techniques expérimentales d’élaborations et de caractérisations des matériaux
II-1. Introduction
II-2.Méthodes d’élaborations
II-2-1. Synthèse par voie solide
II-2-2 .Synthèse par voie chimique ou voie liquide
II-2-3. Synthèse par voie hydrothermale
II-2-4. Synthèse par procède Sol-gel
II-3. Mise en forme
II-4. Technique de caractérisation
II-4-1. Diffractomètre des rayons X
II-4-2.Microscope électronique à balayage
II-4-3. Analyse d’impédance
II-5. Conclusion
Chapitre III : Elaboration par voie hydrothermale et caractérisation des matériaux
PbTiO3 et BiFeO3
III-1. Introduction
III-2. Mise en fonctionnement des deux autoclaves
II-2-1. Autoclave manuel
II-2-2. Autoclave automatique
III-3. Elaboration de la céramique PT
III-3-1.Mode opératoire
III-3-2. Caractérisation structurale
III-3-2-1.Caractérisation par diffraction des rayons X
III-3-2-2.Caractérisation par Microscopie électronique à balayage MEB
III-3-3.Etude diélectrique
III-3-3-1. Evolution de la constante et des pertes diélectriques du PbTiO3 en fonction de la température
III-3-3-2. Evolution de la constante et les pertes diélectriques du PbTiO3 en fonction de la fréquence
III-4. Elaboration des poudres BFO
III-4-1. Structure cristallographique
III-4-2. Mode opératoire
III-4-3.Caractérisation par diffraction des rayons X
III-5.Conclusion
Chapitre IV : synthèse et caractérisation structurale et diélectrique des céramiques
« PZT » pures et dopées
Partie A : Etude de dopage de Bi sur les propriétés structurale et diélectrique de PZT
IV-A- 1.Introduction
IV-A-2.Elaboration et traitement thermique des poudres
IV-A-2-1. Mode opératoire
IV-A-2-2. Traitement thermique des poudres
IV-A-2-3. La mise en forme de céramique PBZT
IV-A-2-4. Frittage des pastilles
IV-A-3. Techniques de Caractérisation structurales et diélectriques
IV-A-3-1. Caractérisation par diffraction des rayons
IV-A-3-2.Caractérisation microstructurale
IV-A-3-4. Etude diélectrique
IV-A-2-4-1. Evolution de la constante diélectrique de Pb1-xBix(Zr0,84Ti0,52)1-x/4O3 en
fonction de la température
IV-A-2-3-1. Evolution de la constante diélectrique de Pb1-xBix(Zr0,84Ti0,52)1-x/4O3 en
fonction de la fréquence
Partie B : Etude de dopage de CaCu3Ti4O12 sur les propriétés structurale et diélectrique de PB10%ZT
IV-B-1. Introduction
IV-B-1. Mode opératoire
IV-B-2. Préparation de la pastille
IV-B-3. Caractérisation par diffraction des rayons X
IV-B-4.Caractérisation par MEB
IV-B-5. Evolution de la constante diélectrique en fonction de la température
Conclusion générale
Rapport PFE, mémoire et thèse avec la catégorie propriétés ferroélectrique |
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C’est dans cet intervalle que les propriétés ferroélectriques du PZT sont les meilleures , ainsi que les deux phases ferroélectriques rhomboédrique et quadratique coexistent. Le titano zirconate de plomb PbZr1-xTixO3 (ou PZT) est très utilisé en électronique (H.F. Radio Communication) et en optoélectronique. Ce matériau, en particulier pour la composition morphotropique, présente des propriétés exceptionnelles. Sa constante diélectrique élevée permet de l’intégrer dans la fabrication des condensateurs. Son caractère ferroélectrique, qui se manifeste par l’existence d’un cycle d’hystérésis de la polarisation en fonction du champ électrique appliqué, ouvre un large champ d’application dans les dispositifs à mémoire non volatile. Toutes ces propriétés peuvent être modifiées ou améliorées à l’aide du dopage, de sa nature, et de sa concentration.
Dopage du système PZT
Les propriétés structurales des pérovskites se sont montrées très sensibles à l’ajout de dopants. Les matériaux pérovskites sont souvent modifiés par l’introduction d’éléments de substitution (dopants) dans le site A ou le site B de leur structure pérovskite ABO3. Le rôle des dopants est généralement d’améliorer ou optimiser certaines propriétés de ces matériaux en vue de leurs adaptations à des applications bien spécifiques. Ainsi et malgré les bonnes propriétés des cristaux de titano-zirconates de plomb non dopés, ils sont rarement utilisés sous leur forme pure et sont souvent dopés par substitution des ions Pb2+ ou Ti4+/Zr4+ par d’autres ions qu’on appelle dopants ou additifs.
Les PZT ne sont généralement pas utilisés dans leur forme pure, mais sous forme de semi-conducteur dopé avec soit des dopants « accepteurs », qui créent des trous vacants d’oxygène (anions), soit des dopants « donneurs », qui créent des trous de métal (cation) en facilitant, dans les deux cas, les mouvements électroniques dans le matériau .
Un dopage en accepteurs crée généralement un PZT dit dur; dans les PZT durs, le mouvement du mur du domaine (changement de phase) est freiné par les impuretés, ce qui diminue les pertes dans le matériau mais avec comme conséquence une réduction de la constante diélectrique. Le dopage en donneurs crée un PZT dit doux. Un PZT doux a habituellement une constante diélectrique plus élevée qu’un PZT dur, mais avec plus de pertes internes dans le matériau.
Titanate de calcium et de cuivre (CaCu3Ti4O12)
Le matériau CCTO, à l’heure actuelle, est le matériau diélectrique possédant la plus forte constante diélectrique [30], même si les origines de ces mesures ne sont pas claires et font l’objet de nombreuses discussions. La structure cristalline de CCTO a été déterminée pour la première fois en 1979 par Bo-chu et al. [31]. Cette étude, effectuée sur une série de titanates pérovskites déformées de formule générale ACu3B4O12 (avec B = Mn, Ge, Ti, etc.) comme CaCu3Ti4O12, CaCu3Mn4O12 et CaCu3Ge4O12, a montré que ces composés sont de structure pérovskite.
