Des alternatives non toxiques pour des applications dans le domaine de la santé et de la sécurité
L'imagerie ultrasonique et les traitements utilisant des dispositifs piézoélectriques sauvent des milliers de vie et soignent des maladies. Ces instruments optimisent l'interaction électromécanique linéaire résultant de l'état électrique et mécanique généré par les matériaux cristallins. KNbO3 est un cristal inorganique normalement utilisé pour les lasers à faible et moyenne puissance par doublage de fréquence. Des propriétés récemment découvertes permises par les modifications de KNbO3 sont prometteuses pour toute une gamme de dispositifs piézoélectriques, notamment les transducteurs ultrasoniques médicaux et industriels. Cependant, les coûts de production élevés ont jusqu'à présent rendu l'utilisation commerciale de ces combinaisons de cristaux prohibitive. Le projet Immediate («Inexpensive, high-performance, lead-free piezoelectric crystals and their applications in transducers for ultrasonic medical diagnostic and industrial tools and equipments») était un effort européen pour trouver des solutions alternatives sans plomb pour les matériaux piézoélectriques utilisés dans plusieurs appareils médicaux et industriels et autres applications. Ce projet financé par l'UE visait à traiter des questions de l'applicabilité des transducteurs purs et modifiés basés sur KNbO3 pour les petites et moyennes entreprises (PME) et de la réduction des coûts de fabrication. Les partenaires du projet ont développé des éléments piézoélectriques monodomaines et fabriqués par domaine basés sur KNbO3 en créant et en étudiant les conditions de croissance des cristaux, le choix des substrats et la matrice utilisée pour la croissance. Les cristaux KN ont permis de construire des sondes doppler pour la mesure transcranienne de la vélocité du flux sanguin cérébral. Pour surmonter ce problème d'impédance électrique ou de disparité, la compensation électrique montrait que la performance des sondes était supérieure à celle des sondes utilisant des transducteurs à base de plomb. Une réduction importante des coûts de fabrication des cristaux a été atteinte et l'on a trouvé une meilleure solution pour les applications à basse fréquence à l'aide de matériaux sans plomb. Ceci a été possible grâce au développement de céramique et cristaux aux compositions modifiées. Une méthode de croissance des cristaux simple à l'état solide (SSCG, de l'anglais solid-state single crystal growth) a permis de réduire les coûts de production des cristaux à base de KN. Les efforts dans cette direction portaient sur le développement de cristaux fabriqués par domaine par technique TSSG (de l'anglais top-seeded solution growth) pour une utilisation dans des prototypes. Les chercheurs ont pu montrer que cette technique pouvait être utilisée pour la croissance exploratoire des cristaux simples des matériaux basés sur KN qui se développe difficilement à l'aide de méthodes standards. Les membres de l'équipe ont fabriqué et testé des prototypes pour toutes les applications prévues, montrant que l'usinabilité de la céramique est excellente et permet la production de petits éléments pour les transducteurs composites. Cette technique ne sera pas optimisée avant la fin du projet, mais les chercheurs ont pu mettre à niveau la production du laboratoire au niveau industriel. Des résultats spécifiques ont été présentés lors de conférences internationales et publiés dans des revues scientifiques. Les résultats du projet auront un impact important sur le large éventail d'applications piézoélectriques et offriront aux PME une position de choix dans ce domaine. L'introduction d'une technique de traitement si nouvelle permettra de renforcer les appareils utilisés dans les domaines de la santé et de la sécurité, en offrant en outre une valeur ajoutée en raison de leur nature écologique.
