Academic literature on the topic 'Relaxeur ferroélectrique'

Les ferroélectriques relaxeurs se caractérisent par un large pic de permittivité en fonction de la température, dépendant de la fréquence du champ de mesure. Ce comportement est généralement attribué à la présence de régions polaires de taille nanométrique. L'un des enjeux expérimentaux est la détermination de la nature structurale de ces régions, nécessitant entre autres l'utilisation de sondes de la structure locale. L'objet de ce travail est l'étude de la structure locale dans les pérovskites relaxeurs BaTi1-xZrxO3 (0.25 ≤ x ≤ 0.50), présentant une substitution isovalente Ti4+/Zr4+. Les techniques expérimentales utilisées sont l'absorption des rayons X (EXAFS et XANES) et la détermination de la fonction de distribution de paires par diffusion totale des neutrons. Les déplacements des cations Ti4+ et Zr4+ dans leur cage d'oxygènes ont pu être déterminés. Le principal résultat est que les cations Ti4+ jouent un rôle majeur dans la polarisation locale des relaxeurs BaTi1-xZrxO3. Par ailleurs, il est montré que la déformation des octaèdres ZrO6 dépend directement de la répartition locale des Ti et des Zr dans la solution solide.

Les phases d'Aurivillius (Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+l)2- sont des composés ferroélectriques, orthorhombiques à température ambiante et tétragonaux à haute température. Une étude à l'ambiante de composés dits relaxeurs montre que ces derniers sont caractérisés par une structure moyenne très peu déformée proche de la structure prototype avec un affaiblissement des liaisons Bi-O entre le bloc perovskite et la couche (Bi2O2)2+. Des cations autres que Bi3+ apparaissent présents dans cette couche. Microstructuralement, il existe des désordres impliquant des fluctuations locales de composition pouvant être à l'origine du comportement relaxeur. Une étude en température combinant plusieurs techniques permet d'obtenir des informations sur la transition de phase FE-PE et montre une grande diversité de comportement. Plus particulièrement, des monocristaux des composés SrBi2Ta2O9, SrBi2Nb2O9 et Bi4Ti2,8Cr0,2O12 sont étudiés par DRX et microcopie optique. L'utilité de ces deux techniques est discutée
Aurivillius phases, with general formula (Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+l)2- can be ferroelectric or relaxor materials. They display orthorhombic symmetry at room temperature and tetragonal at high temperature. Structural study of ferroelectric and relaxor compounds at room temperature show that relaxors' structure is legs distorted than that of ferroelectrics. Their fluorite slabs are independent and contain non-bismuth cations. Disorder in relax ors is showed using TEM analysis. It leads to local variations of structure which can be responsible for relaxor behaviour. Phase transition study cannot be carried out systematically for such compounds. The case of SrBi2Ta2O9, SrBi2Nb2O9 and Bi4Ti2,8Cr0,2O12 is considered, and additional information is given about other Aurivillius phases

Dans ce travail, nous avons étudié l'effet des contraintes extérieures et des inhomogénéités locales sur les propriétés diélectriques et structurales des cristaux ferroélectriques- relaxeurs à base de plomb PZN-x%PT avec 0%≤x≤12%. Dans une première partie, nous avons déterminé les propriétés diélectriques et structurales du système PZN-6%PT. Pour l'état vierge, ce composé subit la séquence de transition de phase C  T  R, où C, T et R sont, respectivement, les phases cubique, quadratique et rhomboédrique. En appliquant un champ électrique statique, une phase orthorhombique est induite entre les phases T et R. Dans la deuxième partie, nous avons montré la présence d'une anomalie diélectrique à basse température observée sur le PZN-x%PT avec 0%≤x≤12%. Dans ce domaine de température, l'étude structurale ne montre aucune transition de phase. L'ensemble de ces résultats sont interprétés moyennant un modèle basé sur la présence des nano-régions polaires. En troisième partie nous avons déterminé les propriétés diélectriques et piézoélectrique du PZN-12%PT dopé au manganèse dans son état monodomaine. Le dopage affecte, principalement, la permittivité transverse et le coefficient piézoélectrique de cisaillement. Le dopage induit aussi la stabilité de la structure monodomaine et l'effet de mémoire de la microstructure. Ces résultats sont expliqués en utilisant le modèle de symétrie des défauts. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés à la simulation de l'effet de la présence des dipôles-défaut (dopage) sur les propriétés physiques de BaTiO3. Nous avons mis en évidence l'induction d'un champ électrique interne responsable du décalage du cycle d'hystérésis vers les champs électriques négatifs.

Le présent travail porte sur des systèmes chimiques entièrement inédits NaNbO3- (Ba, Ca)SnO3. Les compositions choisies sont donc exemptes de plomb et de tout élément toxique afin de répondre aux normes de protection de l'environnement. Les systèmes étudiés sont susceptibles de présenter des solutions solides continues entre la phase antiferroélectrique NaNbO3 - qui devient aisément ferroélectrique par de faibles substitutions et une phase paraélectrique constituée par le stannate alcalino- terreux. Deux comportements diélectriques différents ont été mises en évidence : ferroélectrique classique et relaxeur. L'ensemble des études effectuées au cours de ce travail confirme que des substitutions cationiques dans le site A ou dans le site B d'une perovskite ABO3 peuvent modifier les propriétés diélectriques du matériau. L'introduction de Sn4+ en site octaédrique favorise un comportement relaxeur. La température de transition peut être modulée en faisant varier la concentration des cations substitués : des matériaux relaxeurs au voisinage de la température ambiante ont ainsi été obtenus.

Ces travaux portent sur des films minces et des superréseaux d'oxydes ferroélectriques sans plomb, étudiés à la fois de manière expérimentale (élaboration/caractérisation) et par modélisation. La partie expérimentale a consisté à élaborer des films minces et des superréseaux à base du ferroélectrique BaTiO3 et du relaxeur BaTi0,68Zr0,32O3 par ablation laser sur substrat de MgO tamponné par La0,5Sr0,5CoO3, puis à étudier ces échantillons par diffraction de rayons X et par spectroscopie Raman afin de déterminer leurs structures, d'estimer leurs états de contraintes et de mettre en évidence les transitions de phase structurales. En superréseau, les couches de BaTiO3 présentent une structure ferroélectrique quadratique en domaines a1/a2 tandis que les couches de BaTi0,68Zr0,32O3 sont déformées perpendiculairement au plan du substrat. Les contraintes semblent se relaxer par l'apparition de dislocations au-delà d'une période critique de 260 Å. Contre toute attente, les spectres Raman des superréseaux présentent des raies moins larges que ceux des films. Nous avons attribué ce phénomène à une diminution du désordre de l'ion Ti4+ sur le site B de la structure pérovskite de BaTiO3. Les études en température semblent montrer l'absence de transition de phase des couches de BaTiO3 en superréseau. Par ailleurs, nous avons simulé le comportement thermodynamique et électrique des domaines ferroélectriques d'un film mince et d'un superréseau ferroélectrique/paraélectrique. Pour cela, nous avons modélisé le profil de la polarisation en tenant compte des effets d'interface et de taille finie, pour des températures allant de 0 K jusqu'au delà de la température de transition de phase. Nous avons montré que les propriétés des films d'épaisseur nanométrique sont substantiellement modifiées par le profil graduel de la polarisation dans ces domaines ; l'évolution en température de la constante diélectrique rend bien compte du comportement expérimental observé autour de la transition de phase
This work deals with lead-free ferroelectric oxide thin films and superlattices, studied both experimentally (elaboration/characterization) and by modelling. In the experimental part, we have elaborated thin films and superlattices based on ferroelectric BaTiO3 and relaxor BaTi0. 68Zr0. 32O3 by pulsed laser deposition on MgO substrate buffered by La0. 5Sr0. 5CoO3. These samples were then studied by X ray diffraction and Raman spectroscopy in order to determine their structure, to estimate the stress therein and to evidence structural phase transitions. In superlattice, BaTiO3 layers show a quadratic ferroelectric structure with a1/a2 domains whereas BaTi0. 68Zr0. 32O3 layers are perpendicularly deformed to substrate plane. Dislocations appearance beyond a 260 Å critical period seems to relax these stresses. Against all expectations, superlattices Raman spectra have thinner lines than in films. We have attributed this phenomenon to a Ti4+ ion disorder decrease on the BaTiO3 perovskite structure B site. Temperature studies seem to show phase transition absence for BaTiO3 layers in superlattice. In addition, we have simulated thermodynamic and electric behaviour of ferroelectric domains in thin film and in ferroelectric/paraelectric superlattice. For this, we have modelled polarization profile taking into account finite size and interface effects, from 0 Kelvin to beyond phase transition temperature. We have shown nanometric thickness films properties are substantially modified by gradual polarization profile in these domains ; dielectric constant temperature evolution suits experimental behaviour observed around phase transition

Ce travail concerne la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux ferroélectriques de structure de type bronze quadratique de tungstène (TTB) à base de plomb et de tantale. A l'aide de calculs théoriques, une corrélation entre température de Curie et liaison chimique a été mise en évidence. Les céramiques étudiées présentent en outre d'autres caractéristiques telles qu'un comportement de type relaxeur ferroélectrique et/ou une relaxation hyperfréquence et/ou une conductivité ionique. D'importants moyens expérimentaux (mesures diélectriques en large gamme de fréquence, mesures par spectroscopie d'impédance, diffraction des rayons X, affinements structuraux, spectroscopie Raman) et théoriques (calculs basés sur la méthode de Hückel Etendue et calculs combinatoires) nous ont permis d'établir des relations étroites entre structure et propriétés physiques. L'ensemble des résultats décrits dans cette thèse constitue une contribution à l'étude des matériaux ferroélectriques de structure de type TTB. Ils ont montré la grande variété des paramètres sur lesquels il est possible d'agir afin d'optimiser les compositions en vue d'une application spécifique.

Dans le présent travail de recherche, nous avons effectué une étude expérimentale et théorique détaillée sur les systèmes relaxeur ferroélectrique sans plomb Na0.5(Bi1-xREx)0.5TiO3 (xRENBT) (RE = terre rare) pour les condensateurs de stockage d'énergie à haute température. La méthode conventionnelle à l'état solide a été utilisée pour synthétiser les céramiques xRENBT (RE = Dy, et Nd) avec différents niveaux de dopage. Une phase pérovskite pure et une dense microstructure ont été révélées par XRD et SEM. En outre, une grande diversité structurale a été observée dans les systèmes xRENBT et dépend principalement de la nature et du niveau de dopage. Les études diélectriques dépendant de la température ont révélé de très faibles pertes diélectriques dans les composés dopés, en particulier à des températures élevées. Une stabilité élevée du coefficient de température de la capacité (TCC) a été obtenue pour les échantillons dopés.Les études ferroélectriques ont démontré que le dopage aux terres rares perturbe les domaines ferroélectriques de longue portée et induit plutôt des nanorégions polaires dans les systèmes étudiés. En conséquence, des propriétés de stockage d'énergie élevées ont été obtenues avec des valeurs atteignant Wrec = 1,2 J/cm3 (η = 60%) à 95 kV/cm, avec une grande stabilité en température (120 - 200°C). De plus, les hétérogénéités structurales locales induites par les éléments de terres rares se sont avérées efficaces afin d'améliorer l'effet électrocalorique des compositions dopées sur une large gamme de températures, avec un coefficient électrocalorique atteignant des valeurs élevées de ΔT/ΔE ~ 0,30×10-6 K m/V. L'effet du dopage aux terres rares sur les propriétés structurales, ferroélectriques, électroniques et magnétiques du système Na0.5(Bi3/4RE1/4)0.5TiO3 (RE = Nd, Gd, Dy et Ho) a été étudié à l'aide de la méthode FPLAPW basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité polarisée en spin, implémentée dans le code WIEN2k. Le mécanisme entraînant la ferroélectricité et l'effet du dopage sur les propriétés relaxeurs du système ont été minutieusement étudiés. Un modèle Heisenberg modifié a été utilisé pour simuler la transition de phase et les cycles d'hystérésis en fonction de la température des systèmes xRENBT. Les résultats obtenus ont démontré que l'ajustement des domaines polaires dans les relaxeurs ferroélectriques, sans plomb, est un moyen puissant de concevoir des matériaux avec une stabilité diélectrique, un stockage d'énergie et des propriétés électrocaloriques améliorés sur une large gamme de température
In the present research work, we performed a comprehensive experimental and theoretical investigation on the lead-free relaxor ferroelectric Na0.5(Bi1-xREx)0.5TiO3 (xRENBT) systems (RE = rare earth) for high-temperature energy storage capacitors. The conventional solid-state method was used to synthesize the xRENBT (RE = Dy, and Nd) ceramics with different concentration levels. A Pure perovskite phase and dense microstructure were revealed through XRD and SEM investigations. Besides, a great structural diversity was found in the xRENBT systems and was observed to depend on the nature and level of the doped rare earth element. Temperature-dependent dielectric investigations revealed very low dielectric losses in the doped compounds, especially at high temperatures. High stability of the temperature coefficient of the capacitance (TCC) was obtained for the doped samples. Through the ferroelectric investigations, we observed that rare earth doping was found to break the long-range ferroelectric domains and instead induce polar nano regions within the studied systems. Accordingly, high energy storage properties were obtained with values reaching Wrec = 1.2 J/cm3 (η = 60%) at 95 kV/cm, with great temperature stability (120 – 200°C). Besides, the RE induced local structural heterogeneities within the NBT system, was found effective in improving the electrocaloric effect of the doped compositions in a broad temperature range, with an electrocaloric coefficient reaching high values of ΔT/ΔE ~ 0.30×10-6 K m/V. The effect of rare-earth doping on the structural, ferroelectric, electronic, and magnetic properties of the Na0.5(Bi3/4RE1/4)0.5TiO3 (RE = Nd, Gd, Dy, and Ho) system was thoroughly investigated using the FPLAPW based on the spin-polarized density functional theory implemented in the WIEN2k code. The mechanism driving ferroelectricity and the effect of doping on the relaxor properties of the system were thoroughly investigated. A modified Heisenberg model was used to simulate the phase transition and temperature-dependent hysteresis loops of the rare-earth-doped NBT system. The obtained results evidenced that tuning the polar domains in lead-free relaxor ferroelectrics is a powerful way to design materials with enhanced dielectric stability, energy storage, and electrocaloric properties over a broad temperature range

La structure bronze quadratique de tungstène, grâce à sa flexibilité cristallochimique, est une candidate légitime pour le développement de matériaux fonctionnels. L'étude des propriétés diélectriques, pyroélectriques, et ferroélectriques de céramiques de formulation Ba2NdFeNb4-xTaxO15 montre un crossover relaxeur-ferroélectrique-paraélectrique, avec une hystérèse thermique de la transition ferroélectrique. L'étude structurale des monocristaux relaxeurs Ba2LnFeNb4O15 (Ln=La, Pr, Nd, Sm, Eu), obtenus par la méthode du flux, a mis en évidence une structure modulée. L'affinement de la structure de base prouve l'existence de moments dipolaires dans le plan ab (dus à une distorsion des octaèdres [NbO6]). Afin d'établir un lien entre la structure cristalline et les propriétés d'un composé dérivé du multiferroïque MnWO4, la croissance en four à image de Mn0,85Mg0,15WO4 a été entreprise avec succès.

Pb(ZnI/3Nb2/3)03 (PZN) appartient à la famille des pérovskites complexes au plomb. C'est un ferroélectrique - relaxeur dont les propriétés électromécaniques remarquables justifient une étude en fonction de la direction de polarisation. En effet, bien que le moment dipolaire spontané soit parallèle à une direction <111>, ses propriétés piézoélectriques sont optimisées avec un cristal polarisé suivant une direction [001]. En l'absence de champ, la transition de phase cubique → rhomboédrique est diffuse en température et démarre à Tc = 385 ± 5 K. Des microdomaines rhomboédriques en nombre croissant se forment au sein de la phase cubique et pavent tout le cristal autour de 330 K. Au-dessous de Tc, l'application d'un champ électrique suivant [111] induit un état complexe constitué de macrodomaines rhomboédriques, de quelques dizaines de microns, qui sont séparés par des régions qui diffusent la lumière et sont contenues dans des plans {110}. Pour la direction [001], l'application d'un champ électrique induit une coexistence de phases monoclinique - quadratique. Un arrangement de 4 microdomaines monocliniques ordonnés symétriquement par rapport a la direction du champ a été obtenu au cours de processus de polarisation en descente sous champ. L'ensemble de nos données ont permis de construire un diagramme (E- T) pour la direction [00 l]. Enfin, sur la base de résultats de diffraction, une symétrie quadratique a été proposée pour les nanodomaines polaires a l'origine de la relaxation
Pb(Zn1l3Nb2/3)03 (PZN) is a complex lead based perovskite. This ferroelectric relaxor exhibits remarkable electromechanical properties that make necessary a study as a function of the direction of polarisation. In fact, even though the spontaneous polarisation is parallel to a <111> direction, its piezoelectric properties are optimised when the crystal is polarised along [001]. Spontaneously, the cubic → rhombohedral phase transition that occurs at Tc = 385 ± 5 K is diffuse in temperature. Rhombohedral microdomains appear within the cubic phase, as their number increases, they occupy all the crystal around 330 K. Below Tc, the application of an electric field along [111] induces a complex structure of rhombohedral macrodomains. These macrodomains of a few tens of microns are separated by regions that diffuse light and that belongs to {11O} plans. As the [001] direction of the applied electric field is concerned, a Monoclinic tetragonal phase coexistence is induced. In a field cooling process, a structure of 4 monoclinic microdomains is ordered symmetrically with respect to the direction of the electric field. All , our data enabled to build an electric field - temperature diagram (E-T) along [001]. At last, on the basis of structural data, a tetragonal symmetry is proposed for the nanopolar regions that give way to dielectric relaxation