Développement d'un nouveau procédé de dépôt en couche épaisse de matériaux piézoélectriques sans plomb par dépôt d'aérosol (Aerosol Deposition Method) pour la fabrication de micro­dispositifs de récupération d'énergie

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

ADM, Couche épaisse, Récupération d’énergie

Mots-clés

Matériaux piézoélectriques,

Poudres céramiques

Cette thèse porte sur le développement d’un nouveau procédé de dépôt par jet d’aérosol ou ADM (Aerosol Deposition Method) permettant la réalisation de couches épaisses à partir de matériaux piézoélectriques sans plomb en vue de la fabrication de micro-dispositifs de récupération d’énergie. La préparation de la poudre adaptée au procédé ADM a été étudiée selon deux voies de synthèse du matériau de composition NBT-6BT et une phase de traitement additionnel à base de broyage, tamisage et séchage. L’étude et l’optimisation des paramètres de dépôt a permis l’obtention des couches épaisses souhaitées sur un substrat en Kovar®. Malgré les pertes diélectriques élevées à basse fréquence, les films obtenus présentent un bon comportement diélectrique avec une permittivité relative évaluée à 100. Les valeurs élevées de résistivité (1010 Ω.m) et l’absence de claquage sous champ électrique important (E > 10 kV/mm) reflètent de bonnes densités et microstructures des films obtenus sans recuit. Parmi les traitements thermiques post-dépôt étudiés, le recuit à 700°C sous argon a permis d’éviter la détérioration des substrats et des films avec des changements de formes de cycles P(E) allant d’un type paraélectrique (pour un film non-recuit) vers une hystérésis. Malgré l’absence de cycles ferroélectriques probants, les études menées laissent sous entendre des propriétés piézoélectriques des films à l’échelle locale (nanométrique) plutôt qu’à l’échelle macroscopique. Les objectifs visés ont été atteints à travers d’une part l’obtention maitrisée et reproductible de couches épaisses pouvant atteindre 100 μm et d’autre part l’élaboration d’un démonstrateur simple de récupération d’énergie par conversion électromécanique.