Nouvelle méthodologie pour la mesure des paramètres thermiques et pyroélectriques de matériaux solides pyroélectriques et cristaux liquides ferroélectriques

A New methodology for the measurement of thermal and pyroelectric coefficient of solid pyroelectric materials and ferroelectric liquid crystals

• Auteur / Autrice : Stéphane Longuemart
• Direction : Jean-Marc Buisine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Littoral
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de thermophysique de la matière condensée (Dunkerque, Nord)
• Jury : Président / Présidente : Noël Isaert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dorin Dadarlat, Abdelhak Hadj Sahraoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christ Glorieux, Gérard Louis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés électriques

Cristaux liquides

Cristaux ferroélectriques

Matériaux -- Propriétés thermiques

Matériaux -- Propriétés électriques

Recherche

Méthodologie

Pyroélectricité

Résumé

Les matériaux pyroélectriques possèdent la propriété remarquable de générer un courant électrique lorsqu'ils subissent une variation de leur température moyenne. Ils sont très largement utilisés dans les dispositifs de détection de radiation, et notamment pour l'imagerie infrarouge. La réponse du matériau pyroélectrique à une excitation lumineuse est directement liée à son coefficient pyroélectrique et à ses paramètres thermiques. L'objectif de ce travail était de proposer une nouvelle méthodologie qui permette la mesure simultanée du coefficient pyroélectrique et des paramètres thermiques des matériaux pyroélectriques. La méthode proposée dans ce travail est basée sur l'étude du signal pyroélectrique généré par l'échantillon pyroélectrique lorsqu'il est irradié par une source d'intensité modulée. Différentes procédures ont été présentées pour déterminer les paramètres thermiques du matériau pyroélectrique à partir de l'amplitude ou la phase du signal pyroélectrique. En particulier, deux procédures ne nécessitant pas de balayage en fréquence ont été proposées pour l'étude de l'évolution de ces paramètres thermiques avec la température. La dépendance en température du coefficient pyroélectrique peut être quant à elle déduite de l'amplitude du signal pyroélectrique. La méthodologie présentée dans ce travail est non destructive : le matériau pyroélectrique peut être utilisé après sa caractérisation ou pour d'autres mesures. La validation de la méthode sur des matériaux pyroélectriques solides et les premiers résultats obtenus sur un film cristal liquide ferroélectrique montrent que la méthode peut être utilisée pour la caractérisation de matériaux pytroélectriques de toute nature.

Pyroelectric materials possess the remarkable property to generate an electric current when their average temperature is subject to variations. They are widely used in radiation detection devices or for infrared imaging. The response of the pyroelectric material to a light excitation is directly connected to its pyroelectric coefficient and its thermal parameters. The aim of this work was to propose a new methodology which allows the simultaneous measurement of the pyroelectric coefficient and the thermal parameters of pyroelectric materials. The proposed method is based on the analysis of the pyroelectric signal generated by the pyroelectric sample when it is irradiated by an intensity modulated radiation source. Different procedures have been presented for the determination of the thermal parameters of the pyroelectric material from the amplitude or the phase of the pyroelectric signal. In particular, two procedures not using frequency scans are proposed for the study of the thermal parameters as a function of temperature. The pyroelectric coefficient temperature dependence can be obtained from the amplitude of the pyroelectric signal. The methodology presented in this work is non destructive : the pyroelectric material can be used after its characterization or for other measurements. The validation of the method on solid pyroelectric materials and the first results obtained for a ferroelectric liquid crystal film shows that the method can be used for the characterization of pyroelectric materials of different types.