Frittage par micro-onde et caractérisation de matériaux ferroélectriques relaxeurs sans plomb pour le stockage de l'énergie

Les ferroélectriques relaxeurs sont une classe particulière de matériaux diélectriques caractérisés par une polarisation diffuse et dépendante de la fréquence, contrairement aux ferroélectriques classiques qui présentent une transition de phase nette. Ces relaxeurs présentent un désordre chimique au niveau du réseau cristallin ce qui conduit à la formation de nano-régions polaires (PNRs) qui fluctuent avec la température et la fréquence du champ électrique appliqué. Ils sont largement étudiés pour le stockage d'énergie électrique, notamment dans les condensateurs à haute densité d'énergie. Les relaxeurs à base de plomb (PMN, PZN, PLZT) ont longtemps dominé en raison de leurs performances élevées. Cependant, les recherches actuelles se concentrent sur des alternatives sans plomb, telles que les systèmes à base de BaTiO₃ modifié et les matériaux Bi₀.₅Na₀.₅TiO₃ (BNT) et leurs solutions solides. Le travail envisagé dans cette thèse concerne l'élaboration et l'optimisation de compositions à base de BNT dopé en mettant en évidence les relations structure–propriétés–performances énergétiques. Les matériaux développés seront mis en forme par pressage et par coulage en bande. Les couches épaisses (de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres) peuvent en effet supporter des champs électriques relativement élevés donc une énergie récupérable plus forte. Des architectures multicouches, mono ou multi-matériaux, seront également envisagées ce qui permettra d'augmenter l'énergie stockée, d'améliorer la conduction locale, de réduire les pertes et d'optimiser les cycles d'hystérésis. Le frittage micro-onde sera étudié dans ce travail afin de densifier ces matériaux et obtenir des microstructures fines, permettant l'augmentation du champ maximum de polarisation, tout en abaissant la température du frittage, ce qui limitera la volatilisation des éléments alcalins. En complément de l'approche chimique et de la modification de compositions, le frittage par micro-ondes pourrait favoriser la formation de PNRs plus petits et hautement dynamiques. École doctorale : Ecole Doctorale Polytechnique Hauts-de-France Direction : Mohamed RGUITI Financement : Financement d'un établissement public Français