Добірка наукової літератури з теми "Dispositifs à ondes acoustiques de surface – Matériaux"

Cette thèse comprend deux parties : d'une part la caractérisation des propriétés acoustiques de surface des céramiques piézoélectriques à grains fins, d'autre part la réalisation d'un capteur d'humidité et l'étude des ondes de Rayleigh se propageant dans un substrat piézoélectrique recouvert par un film mince viscoélastique. Dans la première partie, nous présentons tout d'abord les méthodes de caractérisation développées, dont certaines s' appuient sur la mesure de l'impédance électrique de transducteurs à peignes interdigités. Nous donnons ensuite les résultats d'une étude portant sur l'influence des conditions de fabrication des céramiques et le rôle des éléments dopants sur les propriétés de ces céramiques. Nous montrons en particulier qu'un traitement par pressage isostatique à chaud réduit notablement les pertes par propagation des ondes de surface. Dans la seconde partie, nous mettons en oeuvre un capteur d'humidité basé non pas sur la mesure des variations de vitesse de l'onde de surface, mais sur celle des variations d'amplitude de l'onde acoustique. Les résultats expérimentaux obtenus nous amènent ensuite à étendre la notion de permittivité piézoélectrique de surface au cas d'un substrat piézoélectrique recouvert par un film mince viscoélastique. Nous nous intéressons pour finir aux phénomènes de résonances de films polymères minces, et nous montrons que ce phénomène peut très bien être analysé grâce aux méthodes développées précédemment
This thesis is divided in two parts. The first one deals with the characterisation of the surface acoustic wave (SA W) properties of fme grain piezoelectric ceramics, and the second with the design of a humidity sensor and the study of Rayleigh waves propagating in piezoelectric substrates covered with thin viscoelastic films. In the first part, original characterisation methods are developed, most of them based on the measurement of the electrical impedance of interdigital transducers. Th en we study the influence of the fabrication process and the effect of doping on SA W properties of piezoceramics. In particular we show that the SA W propagation losses are significantly reduced by a hot isostatic pressing process. In the second part, a humidity sensor is designed. Unlike conventional sensors, it is not based on SA W phase velocity measurements, but on SA W amplitude measurements. The experimental results lead us to extend the effective surface permittivity concept to the case of a piezoelectric substrate coated with a thin viscoelastic film. Finally, we foc us on resonances of thin polymer films, and we show that this phenomenon can be analysed using this theoretical method

L'objectif de ce travail a consiste a etudier les proprietes elastiques des materiaux poreux par l'intermediaire de l'echographie a haute frequence et surtout de la microscopie acoustique avec ses deux grandes applications, l'imagerie et la signature acoustique v(z). Afin d'interpreter les resultats experimentaux, nous avons modelise la signature acoustique par deux methodes differentes: (i) le modele de schoch et (ii) la theorie de biot. Nous avons constate que le modele de schoch ne peut etre applique qu'aux materiaux poreux presentant un faible taux de porosite. La deuxieme methode s'est averee plus interessante pour la simulation theorique de la signature acoustique car les phenomenes mis en evidence par la theorie de biot jouent un role essentiel pour les problemes de reflexion aux interfaces, importants en microscopie acoustique. Nous avons aussi vu que l'existence d'une onde longitudinale lente, prevue par la theorie de biot, peut representer une portion non negligeable du coefficient de reflexion. En outre, les resultats des simulations ont montre que, sous certaines conditions, la signature acoustique peut detecter ce mode acoustique. Au niveau experimental, nous avons applique les methodes microacoustiques afin de mesurer, d'une facon non-destructive, les vitesses des ondes acoustiques et les modules elastiques du silicium poreux pour differents taux de porosite. Enfin, nous avons montre que la porosite peut etre determinee indirectement a partir de la modelisation theorique de la signature acoustique du milieu poreux

Ce travail porte sur l’étude de matériaux micro/nano structurés permettant l’ingénierie des structures de bande dans le domaine des ondes élastiques. Nous nous sommes intéressés en particulier à l’intégration de ces matériaux dans les dispositifs électro-acoustiques et l’étude de l’interaction avec les ondes acoustiques de surface.La démarche consiste à mener des simulations par la méthode des éléments finis, pour calculer les structures de bande et les spectres de transmission. Nous avons étudié l’effet des paramètres géométriques et élastiques des micro-plots sur les branches acoustiques représentant les modes de surface. Nous avons ensuite discuté l’effet de la symétrie de l’arrangement sur la polarisation des modes de surface. Nous avons également étudié l’effet de la symétrie sur la sensibilité des modes de surface à une variation de température.Sur le plan expérimental, Nous avons élaboré des transducteurs inter-digités sur un substrat piézoélectrique de LiNbO3. Nous avons intégré divers cristaux phononiques composés de micro-plots de Ni, obtenues par électrodéposition. Les spectres de transmission ont été mesurés à l’aide d’un analyseur de réseau et comparés aux résultats theoriques.En dehors des cristaux phononiques basés sur des plots du nickel, d’autres structures ont également été présentées dans ce travail, incluant des matériaux bidimensionnels à base de nanoparticules magnétiques auto-assemblées et des nanofils du nickel électrodéposés à travers des membranes nano-poreuses d’alumine
This work concerns the study of micro/nano structured materials for the engineering of band structures in the field of elastic waves. We were interested in particular to the integration of these materials in electro-acoustic devices and the study of the interaction with the surface acoustic waves.The approach is to carry out the simulation using the finite element method to calculate the band structures and the transmission spectra. We studied the effect of geometrical and elastic parameters of micro-pillars on acoustic branches representing surface modes. Then we discussed the effect of the symmetry of the arrangement on the polarization of the surface modes. We also investigated the effect of the symmetry on the sensitivity of surface modes with the variation of temperature.Experimentally, we have developed interdigital transducers on a piezoelectric substrate of LiNbO3. We have fabricated various phononic crystals composed of nickel micro-pillars, obtained by electrodeposition. The transmission spectra were measured by a network analyzer and compared with the theoretical results.Besides the phononic crystals based on nickel pillars, some other periodic micro/nano structures were also involved in this work, such as two dimensional materials based on self-assembled magnetic nanoparticles and nickel nanowires electroplated through nano-porous alumina membranes

Ce travail a pour thème l'étude de dispositifs SAW à structure multicouche, à savoir, le dépôt de couches minces d'AlN et de diamant et le développement de procédés technologiques nécessaires pour la réalisation de ces dispositifs. Concernant les procédés technologiques, nous avons développé des outils nécessaires pour la réalisation des dispositifs SAW en optimisant les paramètres expérimentaux relatifs à ces procédés. Concernant la croissance de films diamant réalisée par MPACVD, nous avons pu optimiser ce dépôt afin d'obtenir des films présentant les propriétés requises pour les dispositifs SAW. Concernant le dépôt de couches d'AlN réalisé par pulvérisation réactive magnétron, nous avons étudié la croissance afin d'obtenir des couches piézoélectriques orientées (002). Nous avons réalisé des dispositifs à base des structures AlN/Si, AlN/saphir et AlN/diamant, et on a pu montrer l'influence du substrat de la structure multicouche sur de la vitesse des ondes acoustiques de surface
The aims of this work were to study the layered structure SAW devices AlN/diamond and the deposition of AlN and diamond films. Also, this work consist to develop a technologic process necessaries to realise SAW devices. Concerning the technologic process, we have developed a necessaries tools to accomplish a SAW devices by optimisation the experimental parameters relatives of these process. Concerning the growth of diamond films by MPACVD method, we have studied and optimised this deposition in order to obtain diamond films with required properties to utilise it in layered structure SAW devices. Concerning AlN thin films realised by reactive magnetron sputtering, we have studied and optimised the deposition to obtain a piezoelectric films oriented c-axis perpendicular to the surface. We have realised a layered structures SAW devices based on AlN/Si, AlN/saphir and AlN/diamond, and we have show the influence of substrate of layered structure on propagation velocity of SAW

Si l'etude de la propagation des modes de lamb dans une plaque libre a fait l'objet de nombreux travaux, peu de resultats avaient ete quantifies sur la detection de ces modes par la signature acoustique spatiale, fournie par un microscope acoustique. Dans ce travail nous avons donne des methodes de determination de l'efficacite de ces modes dans les releves des signatures. Nous avons pour cela, denombre les modes pouvant etre generes dans une plaque, et ensuite determine puis trace leurs vitesses de propagation en fonction de la frequence d'observation et de l'epaisseur du materiau. Ces modes sont egalement identifies dans le pouvoir reflecteur, qui par un developpement autour des poles grace a la theorie de la diffusion resonante, nous a permis de mettre en evidence un parametre important pour caracteriser leur efficacite, a savoir leur largeur a mi-hauteur (ou la pente de leur phase). Dans la signature acoustique, ce parametre est lie a l'energie du spectre de fourier ou encore a l'amplitude des arches et leur amortissement qui peuvent etre determines par analyse directe de la signature acoustique. Ces parametres varient dans le meme sens que la largeur a mi-hauteur et le rapport de la composante verticale par la composante horizontale du vecteur deplacement de l'onde qui sont tres grands pour un mode a rayonnement intense. Les resultats experimentaux obtenus sur les lames de verre et d'acier ont confirme les previsions theoriques. Ces resultats ont des applications tres interessantes notamment pour la determination des parametres acoustiques des plaques et par suite le calcul de leurs constantes elastiques

La synthèse de films minces et de multicouches à base de matériaux piézoélectriques, AlN et ZnO, a été réalisée par PLD pour des intégrations dans des dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW). L’orientation (002) de couches minces d’AlN hexagonal a été obtenue sur des substrats d’Al2O3(C) et Si (111). Ces couches piézoélectriques ont des vitesses moyennes de propagation des ondes acoustiques respectives de 5230 m. S-1 et 4500 m. S-1. L’orientation (110) d’AlN obtenue sur Al2O3 (R), pour laquelle coïncide la direction de propagation de l’onde acoustique de surface avec l’axe piézoélectrique, permet d’atteindre des vitesses de propagation des ondes acoustiques supérieures d‘environ 6000 m. S-1. Les films minces de ZnO orientés (002) sur Al2O3(C) ont montré de bonnes propriétés piézoélectriques, offrant la possibilité de travailler avec des modes de propagation des ondes acoustiques supérieurs qui induisent des fréquences de fonctionnement plus élevées. Finalement, des bicouches à base de ZnO et AlN ont également été réalisées et intégrées dans des dispositifs SAW afin de combiner les avantages de ces deux matériaux
Thin films and multilayers, of piezoelectric materials AlN and ZnO, were prepared by PLD to be integrated in surface acoustic waves devices (SAW). AlN films orientation (002) was obtained on Al2O3 (C) and Si (111) substrates. These piezoelectric layers present average acoustic velocities, respectively of 5230 m. S-1 and 4500 m. S-1. (110) AlN thin films obtained on Al2O3 (R), with acoustic wave propagation along the piezoelectric axis, achieved superior acoustic velocities about 6000 m. S-1. On Al2O3 (C) ZnO thin films oriented (002) have shown good piezoelectric properties, allowing to work with superior propagation modes of acoustic waves, leading to higher frequencies. Finally multilayers combining the advantages of AlN and ZnO were also realized and integrated in SAW devices

Ce travail a consiste pour une part, a la conception et a la realisation d'un nouveau type de microscope acoustique fonctionnant en champ proche. Il est capable de mesurer directement a tres haute frequences, l'amplitude et la phase des ondes acoustiques de surface responsables de la signature acoustique des materiaux. L'emploi de ce nouvel instrument a permis d'obtenir des topographies de surface et de profondeur avec des super resolutions pouvant atteindre le nanometre. L'etude theorique et experimentale de la distribution de l'energie, en amplitude et en phase, dans le capteur acoustique a mis en evidence une nouvelle methode de signature acoustique en champ proche par micro caracterisation. Il est possible de caracteriser, sur des surfaces desormais plusieurs centaines de fois plus petites, les proprietes elastiques de n'importe quel type de materiau ou structures multicouches et aboutir par voie de consequence a la cartographie du module de young

L'objectif de ce travail consiste a etendre le domaine d'application de la microcoscopie acoustique a la microanalyse des proprietes mecaniques des materiaux massifs. Pour obtenir la microcaracterisation de la vitesse longitudinale, nous avons ete amenes a approfondir l'etude des modes de surface appeles modes lateraux. Nous avons donc etabli l'influence de l'impedance et de la densite sur la generation de ces modes, et, par le choix du liquide de couplage, nous avons ameliore leur efficacite. D'autre part, lorsque la surface est rugueuse, il se produit un glissement de la vitesse de propagation. Un traitement de signal adapte, couple a cette recherche, permet la determination des constantes elastiques a un pour cent pres sur une surface de quelques centaines de micron-metres carres

Dans ce manuscrit, nous présentons l'étude théorique et expérimental qui a été menée pour concevoir un dispositif de contrôle par ondes acoustiques de surface, permettant de caractériser localement (sur une profondeur comparable a la longueur d'onde) des matériaux isotropes ou anisotropes. Le dispositif utilise un capteur multi-éléments de forme conique qui a été spécialement conçu à cet effet. Il fonctionne en régime impulsionnel, dans la gamme de fréquences de 1 à 5 mhz. Il est possible, pour remonter aux propriétés mécaniques des matériaux, de mesurer les caractéristiques (vitesse, atténuation, ) de l'onde de surface. Pour en mesurer la vitesse de propagation, différentes méthodes ont été développées en utilisant les possibilités offertes par la technologie multi-éléments. L'originalité de ces méthodes réside dans le fait que les mesures sont effectuées sans mouvoir le traducteur, ce qui permet de limiter l'encombrement du dispositif, du fait de l'absence de système mécanique. Par ailleurs, cette spécificité permet, par rapport aux méthodes existantes (en particulier, la technique v(z)), d'accélérer la procédure de caractérisations. Dans la partie théorique de cette étude, un modèle versatile permettant de simuler en régime harmonique et en régime impulsionnel, le champ incident, le champ réfléchi sur un matériau isotrope ou anisotrope de surface plane et la tension électrique de sortie pour des traducteurs de forme arbitraire, a été développé. Le modèle a été appliqué au cas du traducteur multi-éléments conique et également au cas des traducteurs monolithiques plans de forme rectangulaire ainsi qu'aux traducteurs focalisants de forme sphérique et cylindrique. Il permet non seulement de prédire les contributions géométriques (spéculaires) du champ acoustique réfléchi et le signal correspondant, mais également les contributions rayonnées (non spéculaires) relatives a l'excitation des ondes de surface.

L'objectif de cette thèse concerne le développement de nouveaux matériaux reconfigurables et recyclables pour l'acoustique. L'idée générale est de donner à un matériau des fonctions acoustiques qui peuvent être modifiées par l'application d'un stimulus externe et d'assurer ainsi sa polyvalence. Les matériaux ciblés par ce projet sont des lentilles acoustiques plates qui se présentent sous la forme de films ultraminces (également appelés « métasurfaces acoustiques »). Dans ce travail, nous cherchons à modifier localement la valeur de la vitesse du son au sein de la lentille en contrôlant la réticulation d’une matrice polymère poreuse et souple par l'application d'un stimulus UV d'intensité réglable. Pour ce faire, nous avons greffé des fonctions chimiques (les groupements cinnamoyl) sensibles aux UV sur différents squelettes de polymères (polybutadiène, polycaryophyllène, polydiméthylsiloxane) et mesuré l'évolution de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps d'illumination UV. Nos résultats montrent que les propriétés mécaniques et acoustiques des matériaux peuvent être modifiées de manière significative aux fréquences ultrasonores d’intérêt pour l’imagerie acoustique. Nous avons ainsi pu produire des lentilles acoustiques plates, ultra-minces et ajustables pour la focalisation d'ondes ultrasonores
The purpose of this thesis is to develop new reconfigurable and recyclable materials for acoustics. The general idea is to provide a material with acoustic functionalities that can be modified by the application of an external stimulus, thus ensuring its versatility. The materials targeted in this project are flat acoustic lenses in the form of ultrathin films (also referred to as “acoustic metasurfaces”). In this study, we aim to locally modify the value of the sound speed by controlling the crosslinking of a soft and porous polymer matrix through the application of a UV stimulus of adjustable intensity. To this end, we grafted UV-sensitive chemical functions (cinnamoyl groups) onto various polymer backbones (polybutadiene, polycaryophyllene, polydimethylsiloxane) and measured the evolution of mechanical properties as a function of UV illumination time. Our results show that the mechanical and acoustical properties of materials can be significantly modified by the application of this stimulus at ultrasonic frequencies of interest for acoustic imaging. We were thus able to produce ultra-thin, flat and tunable acoustic lenses for ultrasonic focusing