Thèse soutenue

Electrostriction géante : un nouveau paradigme pour les applications électromécaniques
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Auteur / Autrice : Jiacheng Yu
Direction : Pierre-Eymeric Janolin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 20/06/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale INTERFACES : approches interdisciplinaires, fondements, applications et innovation
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de structures, propriétés et modélisation des solides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
référent : CentraleSupélec (2015-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Noëlle Gogneau
Examinateurs / Examinatrices : Igor Lubomirsky, Kyle G. Webber, Nazanin Bassiri-Gharb
Rapporteurs / Rapporteuses : Igor Lubomirsky, Kyle G. Webber

Mots clés

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Résumé

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La découverte récente d'électrostricteurs “géants” a relancé l'intérêt pour l'électrostriction, un couplage électromécanique existant dans tous les diélectriques mais éclipsé par sa contrepartie linéaire : la piézoélectricité. Ce nouveau mécanisme de couplage électromécanique piloté par les lacunes d'oxygène offre plus de choix pour remplacer les matériaux piézoélectriques à base de plomb. Une étude systématique révèle que les électrostricteurs “géants” permettent des applications de capteurs et d'actionneurs. Cette thèse vise à étudier les comportements électrostrictifs “géants” sous différentes amplitudes de champ électrique, fréquences et températures, à caractériser les microstructures, les propriétés élastiques et la conductivité ionique des électrostricteurs “géants”, à expliquer l'existence de l'électrostriction “géant”.Tout d'abord, dans le chapitre d'introduction, nous proposons de définir les électrostricteurs “géants” qui présentent des coefficients d'électrostriction au moins dix fois supérieurs à la valeur attendue soit de la relation empirique proposée par Newnham pour le coefficient de polarisation (Q), soit de celle que nous posons pour le coefficient de champ (M). Nous énumérons plusieurs électrostrictors “géants” par rapport aux électrostrictors classiques. Nous identifions également certains des obstacles à surmonter avant leur adoption dans la large gamme d'applications électromécaniques, malgré leurs intérêts fondamentaux et applicatifs.Deuxièmement, nous avons vérifié que Bi2O3 stabilisés au (Nb,Y) présentent une électrostriction “géante”. Les coefficients d'électrostriction sont présentés en fonction des amplitudes du champ électrique, de la fréquence et de la température, ce qui est différent des électrostricteurs classiques.Nous avons ensuite concentré nos recherches sur les caractérisations et les performances électromécaniques des composés LAMOX substitués. Le gadolinium peut augmenter fortement l'électrostriction "géante". Nous avons observé les différences de phase et le changement de signe sous différentes fréquences ou températures. Nous avons élargi les familles électrostrictives "géantes" en modifiant les configurations de la lacune de l'oxygène et les comportements de saut, bien que des études supplémentaires soient nécessaires pour résoudre certains problèmes peu clairs dans la partie conclusion.Afin d'obtenir un résultat fiable à partir des mesures électromécaniques, nous avons présenté comment analyser les résultats et comment étudier les effets uniques qui ne se produisent que lors de la mesure des électrostricteurs “géants”. Des conclusions générales sont présentées et des perspectives sont proposées pour les travaux futurs.