Note publique d'information : Depuis le début du XXIème siècle, les systèmes électroniques embarqués sont utilisés
quotidiennement. Cette avancée technologique a été rendue possible grâce au développement
de condensateurs plus petits, légers et performants. Afin de concevoir de nouvelles
applications (récupérateurs d'énergie, actionneurs électriques...) et d'améliorer
celles existantes, il est nécessaire d'accroître les rendements énergétiques de ces
composants. Le développement de condensateurs céramiques à base d'oxyde de structure
pérovskite possédant un couple permittivité élevée/perte faible, tente de relever
ce challenge technologique. Dans ce contexte, la synthèse de nanoparticules de Ba1-xSrxTiO3
(0 < = x < = 1) par chimie "douce", a été étudié. Deux sources de titane (TiOCl2 et
TiCl3) ont été utilisées et les études structurales et microstructurales ont été réalisées
sur les différents oxydes obtenus. Les céramiques nanostructurées densifiées ont été
élaborées par frittage SPS, technique permettant de limiter la croissance granulaire.
Pour obtenir un comportement capacitif, ces différentes céramiques ont subi un traitement
thermique en atmosphère oxydante et les propriétés électriques, fonction de la composition
et du précurseur, sont comprises entre 10 3 [10 puissance 3] et 8.10 5 [8.10 puissance
5] pour les permittivités, associées à des pertes inférieures à 5%. Les mesures en
spectroscopie d'impédance en fonction de la température nous ont permis d'appliquer
certains modèles physiques comme, Debye, UDR, THP et IBLC à nos systèmes, afin de
relier les propriétés électriques à la composition. Nous avons pu montrer qu'il existe
une relation entre pouvoir capacitif et taux de strontium. Une diminution de la polarisation
par sauts d'électrons a été associée à une dégradation de la polarisation interfaciale
entre les grains et les joints de grains lorsque la teneur en strontium augmente.
Cela conduit également à un changement de mécanisme de conduction par sauts d'électrons.
Nous avons pu montrer que les distances de ces sauts, fixes et confinées entre plus
proches voisins (modèle NNH) pour les céramiques riches en strontium, sont délocalisées
et s'étendent sur des distances de 3 à 4 nm (modèle VRH), pour les céramiques riches
en baryum. La substitution Ba-Sr s'avère donc être un levier expérimental efficace
dans le contrôle des propriétés électriques de matériaux à permittivité colossale.
Note publique d'information : Since the beginning of the 21st century, embedded electronic systems are daily used.
This technological advance has been made possible by the development of lighter, smaller
and more efficient capacitors. To design new applications (energy recovery system,
electric actuators...) and to improve existing ones, it is necessary to increase the
energy efficiency of these components. The development of ceramic capacitors with
perovskite structure showing high permittivity and low losses, attempts to meet this
technological challenge. In this context, the synthesis of Ba1-xSrxTiO3 (0 < = x <
= 1) nanoparticles by soft-chemistry has been studied. Two titanium precursors (TiOCl2
and TiCl3) have been used and the structural and microstructural studies were conducted
on each oxide. The nanostructured ceramics have been elaborated by SPS in order to
limit the grain growth. To access a capacitive behavior, these different ceramics
have undergone a heat treatment in an oxidizing atmosphere and the electrical properties,
depending on the composition and on the precursor, are between 10 3 [10 to the power
3] and 8.10 5 [8.10 to the power 5] for permittivities, associated with losses lower
than 5 %. The spectroscopic measurements as a function of temperature have allowed
the use of various physical models, such as Debye, UDR, THP and IBLC, to link electrical
properties and composition. We have shown that a relationship exists between the capacitive
power and the strontium content. A decrease of the electron hopping polarization has
been associated with the degradation of the interfaciale polarization between grains
and grain boundaries when the strontium content increases. This also leads to a change
of the electron hopping conduction mechanism. We have shown that the distances of
these jumps, are fixed and confined between nearest neighbors (NNH model) for Sr-rich
ceramics, while they are delocalized and extended over a distance of 3 to 4 nm (VRH
model) for Ba-rich ceramics. Therefore, the Ba-Sr substitution is an effective experimental
lever to control the electrical properties of colossal permittivity materials.
paprika.idref.fr
data.idref.fr
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