Développement d'un matériau piézoélectrique sans plomb pour la réalisation de sondes ultrasonores haute fréquence

Development of lead free materials for high resolution ultrasonography

• Auteur / Autrice : Thomas Richardot
• Direction : Philippe Belleville, Franck Levassort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 01/03/2016
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire GREMAN (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Felix, Philippe Boy, Pascal Marchet, David Portehault, Frédéric Schuster
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mario Maglione, Stéphane Parola

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie médicale -- Appareils et matériel

Transducteurs piézoélectriques

Nanoparticules

Hafnium

Sol-gel, Procédé

Titanate de baryum

Échographie

Matériaux piézoélectriques

Mots clés libres

Piézoélectrique

Sans-plomb

Échographie ultrasonore

Titanate de baryum

Hafnium

Sol-gel composite

BHT

Nanoparticules

Résumé

L’échographie haute résolution est une technique d’imagerie médicale permettant une observation du corps de très bonne définition, à faible profondeur (quelques micromètres). Pour réaliser cela, des ondes ultrasonores sont utilisées (quelques dizaines de mégahertz), produites par l’élément actif de la sonde: un film piézoélectrique. Pour atteindre de telles fréquences, cet élément doit être d’une épaisseur déterminée: de l’ordre de la dizaine de micromètres. Aujourd’hui, le PZT, zirconotitanate de plomb, est le matériau piézoélectrique démontrant les meilleures propriétés pour de telles applications. Mais des évolutions législatives sont en cours pour restreindre son utilisation, du fait des risques que représente le plomb pour la santé et l’environnement. Le défi actuel dans le domaine des matériaux piézoélectriques est de trouver un matériau de substitution. C’est l’objectif de cette étude. Un matériau piézoélectrique sans-plomb choisi dans la littérature, le BHT, ou titanate de baryum dopé à l’hafnium, est étudié, dans le but de remplacer le PZT dans les appareils échographiques. Le procédé sol-gel composite est ensuite utilisé pour sa mise en œuvre sous forme de films épais piézoélectriques.

Ultrasonography is a medical imaging technique that allows exploring, with high resolution, a body in a few micrometers depth. For this purpose, ultrasonic waves , produced with a piezoelectric film, are used. This film must have a thickness of at least few micrometers to yield megahertz waves. Nowadays , PZT , lead zirconate titanate, is the key material for such applications. But since recently, a change has come in lead exploitation. It is recommended by the authorities to use another material when it is possible, which became a big challenge in piezoelectric material researches . Therefore, the aim of this study is to investigate a lead-free piezoelectric material in the purpose to use it in ultrasound echography. The selected material is BHT, barium hafnate titanate, and it is shaped as a thick film using sol-gel composite proceed.