Composites ferroélectriques/diélectriques commandables pour ...

Chapitre 1 : Etat de l’art des céramiques ferroélectriques et de leurs composites pour
applications microondes
1.2.2.2 Les propriétés diélectriques
Pour T>Tc, BaTiO3, sous sa forme cubique, est dans un état paraélectrique : le
matériau a un moment dipolaire macroscopique nul tout en conservant une forte
polarisabilité d’orientation conférée principalement par la grande mobilité de l’ion Ti 4+
dans la cavité octaédrique.
En dessous de la température de Curie, la maille devient tétragonale. Le matériau
est alors dans un état ferroélectrique, c’est-à-dire qu’il possède un moment dipolaire
électrique même en l’absence de champ électrique extérieur. Le matériau peut
présenter des propriétés de piézoélectricité, pyroélectricité, ferroélectricité et
ferroélasticité [6]. Tous les matériaux à l’état ferroélectrique sont aussi
piézoélectriques : une contrainte appliquée au matériau change la polarisation
électrique. De même, un champ électrique E appliqué au matériau provoque sa
déformation. Seuls les matériaux qui ne possèdent pas de centre de symétrie
peuvent être piézoélectriques. Parmi eux, certains peuvent ne pas changer de
moment dipolaire lorsque l’on applique un champ électrique intense. Dans ces
matériaux, nous pouvons souvent observer un changement du moment dipolaire
lorsqu’ils sont chauffés. C’est le phénomène de pyroélectricité. Parmi les corps
pyroélectriques, le sous-groupe des corps ferroélectriques présente la particularité
qu’un champ électrique appliqué peut modifier et renverser le sens de la polarisation.
Enfin, un matériau est dit ferroélastique s’il possède plusieurs états stables,
énergiquement équivalents, et dont le passage de l’un à l’autre se fait par application
temporaire d’une contrainte mécanique externe.
Le titanate de baryum, BaTiO3, illustre bien ces définitions. La Figure 1.4 montre
l’évolution de la permittivité d’un monocristal mesurée selon les axes [100], εa, et
[001], εc. Les valeurs de permittivités apparaissent fortement dépendantes de la
température. Les anomalies qui se manifestent par des valeurs extrêmement
élevées, observées aux températures de 120°C, 0°C e t –90°C, sont à associer aux
transitions de phase dans le cristal. En conclusion, ces évolutions montrent un lien
étroit entre les propriétés diélectriques de BaTiO3 et sa structure cristalline, mettant
particulièrement en évidence l’importance des transitions de phase.
Figure 1.4 : Evolution de la permittivité d’un monocristal de BaTiO3 selon les axes a et c en fonction de la
température (Les déformations de la maille cristalline sont schématisées pour chaque structure) [8]
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