Le paramètre pression : un outil pour l'optimisation des matériaux piézo-électriques

Résumé
Le paramètre pression modifie de façon très importante la structure cristalline des solides. Ce paramètre peut induire des variations structurales continues sans augmenter l'agitation thermique et présente donc des avantages par rapport aux paramètres température et composition. L'effet de la pression est de réduire le volume. Cela se fait par : diminution des distances interatomiques, variations angulaires, rotation de polyèdres, transitions structurales avec dans de nombreux cas une augmentation de la coordinence des cations et une modification de la nature des liaisons chimiques. Les propriétés physiques du matériau se modifient en fonction des variations de la structure cristalline. Ainsi, en reproduisant les conditions thermodynamiques auxquelles sont soumis, naturellement ou volontairement, les matériaux, le paramètre pression nous fournit un outil puissant pour la conception et l'optimisation des dispositifs où ils s'intègrent. Les solutions solides PbZr Ti_xO₃ (PZT) sont à la base des matériaux piézo-céramiques les plus utilisés à l'heure actuelle. Leurs propriétés diélectriques et piézoélectriques sont très sensibles aux contraintes dues aux champs élastiques ou électriques. Il est donc important de connaître l'effet de la pression hydrostatique sur la nature et la stabilité des phases de ce système. Nos résultats, obtenus par diffraction des rayons X, diffraction neutronique, diffusion Raman et mesures diélectriques sous pression, montrent que la phase monoclinique F_M^HT, qui est à l'origine des propriétés piézoélectriques remarquables de la composition morphotropique (PbZr₀,52Ti₀,48O₃) à pression ambiante, peut également être obtenue à des pressions modérées dans la zone riche en PbTiO₃ du diagramme de phases. D'où la notion nouvelle « d'adaptabilité » de la solution solide introduite par la variable pression. Le diagramme de phases P-x obtenu à partir de ces résultats devrait nous permettre de mieux comprendre les effets des contraintes sur les propriétés de ces matériaux et par conséquent d'optimiser leur élaboration pour des applications sous fortes contraintes.