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High sensitivity novel piezoceramics for advanced applications - textured, thick films and multilayer structures

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De nouvelles compositions piézoélectriques pour l'électronique de pointe

Dans le cadre du projet PIRAMID, de nouvelles compositions piézoélectriques (PZT) aux propriétés exceptionnelles ont été développées afin de contribuer à la prochaine génération de dispositifs.

Énergie

Il est apparu que les matériaux PZT traditionnels étaient insuffisants pour couvrir les besoins des applications modernes d'actionneurs. Ces dispositifs ont en effet des exigences énormes en termes de coefficients de couplage piézoélectrique et électromécanique, ainsi que de permittivité diélectrique. Pour répondre à ce besoin, le projet PIRAMID a étudié de manière approfondie des solutions solides de relaxeurs ferroélectriques en mettant l'accent sur le renforcement de leurs propriétés. Grâce à l'adoption de techniques de traitement des poudres, les chercheurs ont pu utiliser de nouvelles méthodes pour la préparation de céramiques texturées. L'un des principaux résultats du projet est l'obtention de compositions piézoélectriques, le système Pb[(Ni_1/3 Nb_2/3)_x Zr_y Ti_1-x-y ]O_3 basé sur un relaxeur, couramment appelé PNNZT. Cette innovation se caractérise par une permittivité et un couplage très élevés, tandis que les pertes diélectriques et mécaniques ont été réduites par dopage. Le PNNZT est la solution idéale pour des applications exigeant une combinaison unique de propriétés PZT faibles et élevées traditionnelles. De ce fait, sa permittivité élevée convient pour la correspondance de l'impédance électrique et sa grande sensibilité pour un bon rapport de rendement ou signal-bruit. Par ailleurs, les faibles pertes diélectriques et mécaniques affichées font de ce matériau le candidat idéal pour des applications de forte puissance. Les principaux domaines d'application des matériaux PNNZT sont les ultrasons focalisés à haute intensité, l'acoustique sous-marine et les diagnostics médicaux. Ce nouveau matériau est déjà commercialisé sous le numéro de référence Pz54. Le projet PIRAMID s'est également penché sur les possibilités de développement de matériaux à faible teneur en plomb et sans plomb. Pour ce faire, les chercheurs ont remplacé le plomb par du bismuth, qui est moins toxique, avec pour résultat des compositions plus écologiques qu'avec les PZT traditionnels. À ce titre, le nouveau système de la formulation générale de BiMe-PT est une solution solide entre le BiMeO3 et le PbTiO3. Les compositions de BiMe-PT ont été développées de manière à maintenir le coût des précurseurs à un niveau minimum et à aboutir ainsi à des compositions bon marché. Celles-ci affichent des propriétés très intéressantes, telles que des coefficients piézoélectriques élevés, une permittivité relative et un facteur de couplage de l'épaisseur. Une des compositions de BiMe-PT présente un point de Curie très élevé qui est limité par la température de fonctionnement, ce qui constitue un facteur restrictif en vue de son exploitation ultérieure. On espère toutefois que des travaux futurs sur les dopants permettront de surmonter cet inconvénient pour donner un nouveau matériau comblant le fossé entre les composants PZT et Aurivillius (oxydes à couche de Bi).

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