Elaboration et caractérisation structurale et diélectrique de matériaux relaxeurs ferroélectriques dans le système Pb(Mg1/3Nb2/3))O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3

Elaboration and structural and dielectric caracterization of the relaxor ferroelectric materials in the system Pb (Mg1/3Nb2/3))O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3

• Auteur / Autrice : Ahmedou Idoumou Ould
• Direction : Pierre Garnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pérovskites

Diffraction

Mots clés libres

Caractérisation structurale

Pzn

Pmn

Relaxeurs

Transition de phase

Calométrie

Résumé

La caractérisation structurale et électrique permet d'établir les mécanismes de transition de phase dans les matériaux. Appartenant à la famille des pérovskites complexes, le magnoniobate de plomb Pb(Mg1/3Nb2/3))O3 (PMN) - et le zinconiobate de plomb Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 (PZN) sont deux relaxeurs ferroélectriques dont l'utilisation couvre des domaines aussi vastes que la ferroélectricité, la pyroélectricité et l'industrie des condensateurs multicouches. La première partie de ce travail s'est articulée autour de l'élaboration et la caractérisation structurale et diélectrique de céramiques de la solution solide (1-x)PMN-(x)PZN. Les paramètres d'élaboration ont été particulièrement étudiés et optimisés afin d'avoir le meilleur compromis entre les performances diélectriques et la pureté du produit fini. La composition x=0. 2 s'est révélé la plus intéressante avec un maximum de la constante diélectrique de 22000 vers la température ambiante (20C°). Pour les autres compositions, l'apparition d'une phase pyrochlore au-dessus de x=0. 3 détériore les caractéristiques diélectriques des céramiques. Ceci nous a amené à élaborer des monocristaux de PZN par une méthode de flux. Bien que son élaboration remonte aux années 70, le PZN n'a fait l'objet, à notre connaissance, que de très peu d'études structurales et électriques. L'association de plusieurs techniques de caractérisation (diffraction des rayons X, mesures diélectriques, calorimétrie, courant pyroélectrique et cycles d'hystérésis), nous a permis de mettre en évidence, pour la première fois, certaines propriétés de ce composé : le composé PZN transite spontanément d'une phase cubique à une phase rhomboédrique vers la température Tc≈390 K. La transition de phase est étalée. Le caractère ferroélectrique de PZN au-dessous de Tc. La constante diélectrique possède un maximum de l'ordre de 43000 à la température 413 K. Cette température est au-dessus de la température de transition Tc. La valeur élevée de la constante diélectrique confère à ce matériau un fort potentiel d'application industrielle. L'application d'un fort champ électrique dans la direction de la polarisation (111), engendre un état rhomboédrique monodomaine stable au-dessous de 390 k. L'existence d'un fort élargissement de certains pics de Bragg incompatible avec une simple transition cubique rhomboédrique, suppose la présence au-dessous de Tc de distorsions locales de nature monoclinique. La diffraction des rayons X sous champ suivant [001] conforte cette hypothèse.