Étude de l'effet électrocalorique en corrélation avec les propriétés structurales, pyroélectrique et ferroélectrique de la solution Ba1-xCax(Zr0,1Ti0,9)1-ySnyO3

Study of the electrocaloric effect correlated with structural, pyroelectric and ferroelectric properties of Ba1-xCax(Zr0,1Ti0,9)1-ySnyO3 solution

• Auteur / Autrice : Hana Kaddoussi
• Direction : Yaovi Agbeko Gagou, Abdelilah Lahmar, Hamadi Khemakhem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 26/04/2016
• Etablissement(s) : Amiens en cotutelle avec Université de Sfax. Faculté des sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de la matière condensée (Amiens) - Laboratoire des matériaux ferroélectriques (Sfax, Tunisie)
• Jury : Président / Présidente : Younes Abid
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yaovi Agbeko Gagou, Abdelilah Lahmar, Hamadi Khemakhem, Younes Abid, Hichem Dammak, Najoua Kamoun Turki, Mimoun El Marssi, Kamel Guidara
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hichem Dammak, Najoua Kamoun Turki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pyroélectricité

Transitions de phases

Ferroélectricité

Mots clés libres

Effet électrocalorique

Céramique

Ferroélectrique

Coefficient pyroélectrique

Transition de phase

Electrocaloric effect

Ceramics

Ferroelectric

Pyroelectric coefficient

Phase transition

Résumé

Trois solutions solides à base de BZT sous forme de céramiques, ont été étudiées. Leurs propriétés pyroélectrique et ferroélectrique ont été déterminées dans le but de caractériser leurs performances électrocaloriques. Deux approches différentes ont été effectuées pour le calcul de l'effet électrocalorique : l'enregistrement des cycles d'hystérésis P-E en fonction de la température et la mesure du courant pyroélectrique. Ces deux méthodes d'investigations aboutissent à des résultats équivalents.Nous avons mis en évidence le caractère ferroélectrique dans tous les composés étudiés et montré que les meilleurs coefficients électrocaloriques sont obtenus à la température de transition FE-PE et dépendent des taux substitution. La symétrie cristalline de toutes les compositions a été confirmée et une étude de résolution structurale a été menée sur deux compositions (x=0,05 et x=0,20) de la phase contenant du Ca2+. Par la méthode directe, un coefficient EC de l’ordre de 0,30 K.mm/kV sous un champ électrique appliqué de 8 kV/cm, a été obtenu pour 5BCZT. Par ailleurs, nous avons montré qu'une faible quantité d'insertion de Sn dans BZT entraine une diminution de la température de transition vers l'ambiante, tout en gardant la même réponse EC. Cependant, la combinaison des deux éléments (Sn et Ca) dans BZT entraine l'amélioration du coefficient EC, avec un étalement de la transition ce qui permet de maintenir une réponse EC importante, dans un intervalle étendu de température souhaitable pour les applications

Three solid solutions as ceramics based on BZT matrix, were investigated. Pyroelectric and ferroelectric properties were determined in order to characterize their electrocaloric performance. Two different approaches have been made to calculate the electrocaloric effect: recording P-E hysteresis loops as a function of temperature and measuring the pyroelectric current. These two investigative methods lead to equivalent results. We have highlighted the ferroelectric behavior in all the studied compounds and shown that the higher electrocaloric coefficients are obtained at the FE-PE phase transition temperature and depend on the substitution content. The crystalline symmetry of all compositions was confirmed and a structural resolution study was conducted for two compositions (x = 0.05 and x = 0.20) of Ca2+ containing compound. By the direct method, EC responsivity is of about 0.30 K.mm/kV under 8 kV/cm applied electric field obtained from 5BCZT. Furthermore, we showed that a small amount insertion of Sn in BZT causes a decrease of the transition temperature towards room temperature, with remaining constant the EC responsivity. However, the combination of the two elements (Sn and Ca) in BZT improved EC coefficient and the broadening of the transition which allows maintaining a significant EC response over a wide range of temperature, desirable for applications