Propriétés diélectriques et transitions de phases de composés ferroélectriques exempts de plomb : Na(0,5)Bi(0,5)TiO(3) (M = Ba, Sr, Ca)

Dielectric properties and phase transitions of lead-free ferroelectric compounds : Na(0,5)Bi(0,5)TiO(3) (M = Ba, Sr, Ca)

• Auteur / Autrice : Jean-Richard Gomah-Pettry
• Direction : Jean-Pierre Mercurio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux ferroélectriques

Diélectriques

Mots clés libres

Relaxeurs

Na(0,5)Bi0,5TiO(3)

BaTiO(3)

SrTiO(3)

Résumé

Ce travail a été entrepris dans le cadre général des études sur les matériaux céramiques ferroélectriques exempts de plomb. A la suite de travaux antérieurs réalisés au SPCTS, le choix s'est porté sur les solutions solides des systèmes Na0,5Bi0,5TiO3- BaTiO3(NBT-BT), Na0,5Bi0,5TiO3 - SrTiO3 (NBT-ST) et Na0,5Bi0,5TiO3 - CaTiO3 (NBT-CT). Les échantillons céram̀iques étudiés ont été préparés par voie solide. L'étude radiocristallographique a permis de délimiter les domaines d'existence à la température ambiante des diverses variétés cristallines dont la symétrie peut être rhomboédrique (domaines riches en NBT), quadrique, cubique ou orthorhombique selon que les compositions sont riches en BT, ST ou CT. L'étude des propriétés diélectriques en fonction de la température et de la fréquence a conduit à distinguer divers comportements dépendant de la composition et de la symétrie cristalline. La caractéristique la plus marquante est la présence pour tous les systèmes d'un domaine de composition assez large pour lequel les matériaux correspondant ont un comportement similaire à celui des relaxeurs, certainement dû au désordre cationique provoqué par les substitutions. Pour les systèmes NBT-BT et NBT-ST, un diagramme des états diélectriques a été proposé. Les coefficients piézoélectriques mesurés pour certaines compositions voisines des limites structurales peuvent laisser envisager une utilisation prochaine de ce type de matériaux dans des dispositifs électromécaniques.

This work is concerned with the study of lead-free ferroelectric ceramics. The investigated materials are Na0,5Bi0,5TiO3 - BaTiO3 (NBT-BT), Na0,5Bi0,5TiO3 - SrTiO3 (NBT-ST) and Na0,5Bi0,5TiO3 - CaTiO3 (NBT-CT) solid solutions prepared by the conventional ceramic method. The room temperature solubility ranges were determined by XRD. From the results of dielectric measurements as a function temperature and frequency, several behaviours were obtained dependent on the composition. The main feature is the occurrence of a relaxor-type behaviour the origin of which being due to the cationic disorder provoked by the substitutions. A diagram of electrical states was proposed for the NBT-BTand NBT-ST systems. The values of the piezoelectric coefficients are likely to predict that some compositions would be used in electromechanical devices as lead-free components.