Elaboration et caractérisation de couches minces et d'objets nanométriques de pérovskite sans plomb Na0,5Bi0,5TiO3

Elaboration and characterization of thin films and nanometric objects of lead-free perovskite Na0. 5Bi0. 5TiO3

• Auteur / Autrice : Florian Jean
• Direction : Pascal Marchet, Jean-René Duclere, Fabien Remondière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sol-gel, Procédé

Dépôt par laser pulsé

Mécanique

Sodium

Bismuth

Titane -- Composés

Pérovskite

Nanoparticules

Couches minces

Mots clés libres

Matériau piézoélectrique sans plomb

Croissance épitaxiale

Hydrothemale

Solvothermale

Résumé

Ce travail est consacré à la synthèse et la caractérisation du matériau sans plomb Na0,5Bi0,5TiO3 (NBT) par différentes techniques, sous formes de films minces et de nano-objets supportés ou non. Dans un premier temps, des films minces de NBT ont été déposés par ablation laser pulsée sur différents substrats monocristallins de nature oxyde avec pour but l’obtention d’une croissance épitaxiale. L’effet de l’insertion d’une couche tampon de CeO2 sur la croissance des films a été étudié. Les propriétés électriques (ferroélectriques, diélectriques, agilité dans le domaine des micro-ondes) ont été mesurées sur des films minces de NBT épitaxiés, dopés ou non par le manganèse, et déposés sur substrats de LaAlO3 nus et SrTiO3 recouverts d’une électrode oxyde de LaNiO3. Dans un deuxième temps, des nano-objets de NBT ont été élaborés par différentes voies chimiques. Les voies de synthèses sol-gel, hydrothermale et hybrides ont permis l’obtention de la phase pérovskite de NBT. Pour chaque voie de synthèse, différents paramètres influençant la structure ou la forme des nano-objets ont été étudiés. Une voie physique, l’ablation laser en milieu liquide, a également été explorée. Enfin, des nano-objets de NBT ont été déposés par ablation laser pulsée et par dépôt chimique en solution sur des substrats monocristallins recouverts ou non d’une électrode de platine. L’utilisation de substrats de saphir-c vicinaux nus combinée à un dépôt par voie physique permet l’auto-arrangement des objets à la surface du substrat. Les propriétés électriques locales ont été mesurées par PFM pour des grains isolés mettant en avant le caractère polaire de ces derniers.

The present work is devoted to the synthesis and the characterization of the lead-free Na0. 5Bi0. 5TiO3 (NBT) material by different techniques in the form of thin films and nano-objects supported or not. In a first step, NBT thin films were elaborated by pulsed laser deposition on different single crystal oxide substrates in order to reach the epitaxial growth. The effect of the insertion of a CeO2 buffer layer on the growth of the films was studied. The electrical properties (ferroelectric, dielectric, tunability in the microwave regime) were measured on epitaxial NBT thin films doped or not and deposited on LaAlO3 bare substrate and SrTiO3 substrate coated with an oxide electrode of LaNiO3. In a second step, NBT nano-objects were elaborated by different chemical routes. The sol-gel, hydrothermal and hybrid synthesis allowed the formation of the perovskite phase of NBT. For each route, different parameters influencing the structure or the form of the nano-objects were studied. A physical route, the laser ablation in a liquid media, has also been explored. Finally, NBT nano-objects were fabricated by pulsed laser deposition and by chemical solution deposition on single crystal substrates coated or not with a platinum electrode. The use of bare vicinal c-sapphire substrates combined with the physical route allows the self-organization of the objects at the surface of the substrate. The local electrical properties were measured by PFM for isolated grains, highlighting their polar nature.