Offre de thèse : céramiques piézoélectriques sans plomb

Optimisation des propriétés de céramiques piézoélectriques sans plomb par dopage, pour des applications capteur, actionneur ou de récupération d’énergie

LMCPA (Maubeuge, UPHF, Université Polytechnique Hauts-de-France)

Personnes à contacter par le candidat

yannick.lorgouilloux@uphf.fr
christian.courtois@uphf.fr

DATE LIMITE DE CANDIDATURE

01/04/2019

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Dans de nombreux domaines, et en particulier dans le milieu du transport, le nombre de capteurs et d’actionneurs augmente considérablement depuis plusieurs années (sonde lambda, injecteur, capteur ABS…). La réalisation de tels dispositifs nécessite l’emploi de matériaux piézoélectriques, le plus utilisé à l’heure actuelle étant le titanozirconate de plomb (PZT). Toutefois, l’emploi du plomb est à proscrire d’après les nouvelles normes sanitaires et environnementales, du fait de sa toxicité. Plusieurs alternatives dites « sans plomb » sont étudiées. Une précédente thèse, réalisée au laboratoire, a concerné le BCTZ et en particulier la composition de référence (Ba0,85Ca0,15)(Ti0,9Zr0,1)O3. La maîtrise du procédé d’élaboration acquise lors de ce travail a permis d’obtenir, de façon reproductible, des échantillons présentant des coefficients piézoélectriques d33 de l’ordre de 320 pC/N. Cependant, la température de Curie (80°C) demeure trop basse pour certaines applications.
Cette nouvelle thèse a donc pour objectif l’amélioration des propriétés des céramiques piézoélectriques sans plomb du système BCTZ, en modifiant la composition de référence. Deux voies principales sont envisagées : 1) faire varier légèrement les rapports Ca/Ba et Zr/Ti, afin de moduler finement les propriétés piézoélectriques ; 2) ajouter des dopants à la composition BCTZ de référence, le but étant d’augmenter la température de Curie, voire d’améliorer encore davantage le coefficient d33. En parallèle à ces modifications de la composition chimique, une étude du frittage par micro-ondes sera menée. En effet, cette technique de frittage est moins coûteuse en énergie. De plus, elle pourrait permettre d’améliorer certaines propriétés (piézoélectriques et mécaniques).

Activités principales : synthèse de poudre essentiellement par voie solide (calcination, attrition), mise en forme par pressage, frittage (conventionnel et micro-ondes), caractérisation par DRX et MEB, caractérisations piézo et ferro-électriques (cycles de polarisation, mesure de permittivité, de d33…).