FERRO-ÉLECTRICITÉ

Applications des matériaux ferro-électriques

La divergence qui apparaît au voisinage des transitions pour la plupart des coefficients électriques, optiques ou mécaniques des ferro-électriques permet d'espérer l'obtention de bonnes performances dans de nombreuses applications. Toutefois, la première difficulté rencontrée est celle de la dimension des monocristaux disponibles : la croissance de gros cristaux est malaisée, voire impossible, sauf pour les matériaux du type phosphates ou sulfates. Pour les autres matériaux du type oxydes (titanates, niobates, etc.) on préfère utiliser des céramiques dont la préparation, plus facile et moins coûteuse, peut être développée par des méthodes industrielles à grand débit. Un autre avantage des céramiques est la possibilité de réaliser facilement des mélanges ou des dopages, donc d'ajuster plus facilement la valeur des paramètres utilisés et d'optimiser le rendement des composants fabriqués.

Dans la suite, les applications sont classées suivant la propriété physique utilisée.

Propriétés diélectriques

La très forte valeur (ε_r ∼ 10 000) de la permittivité des titanates, zirconates, tantalates a été très largement mise à profit pour la réalisation des condensateurs dits « céramiques », dont la composition et le dopage peuvent être ajustés à la demande pour obtenir les capacités et les pertes désirées en fonction de la température d'emploi.

Propriétés pyro-électriques

L'apparition d'un courant dans le circuit extérieur d'un condensateur à matériau ferro-électrique quand sa température varie (i = dP_s/dT) peut être exploité de la façon suivante : si un rayonnement infrarouge est absorbé par le matériau, la température de celui-ci augmente et le courant apparaît : c'est un détecteur infrarouge. Le dispositif est sensible aux variations de température plutôt qu'à la température elle-même, ce qui place son domaine d'application vers les hautes fréquences. Les matériaux utilisés sont entre autres le TGS (sulfate de glycocolle), LiTaO₃ et (SrBa)Nb₂O₆. Des tentatives ont été faites pour transformer ces détecteurs en tube-image infrarouge du type vidicon en utilisant des cibles en TGS.

Propriétés piézo-électriques

Il s'agit de deux effets réciproques : l'application d'une contrainte provoque l'apparition d'une polarisation ou l'application d'un champ électrique provoque l'apparition d'une déformation. Cela conduit à la réalisation de capteurs ou de transducteurs parmi lesquels il faut citer : les têtes de lecture de disques, les écouteurs, les accéléromètres, les transducteurs miniatures pour la mesure locale d'efforts ou de déformations, les générateurs et les détecteurs d'ultrasons pour applications sous-marines, les lignes à retard utilisées par exemple en télévision, les filtres électriques ne nécessitant pas une largeur de bande très étroite, les générateurs de haute tension sous haute impédance (allumeurs). Les matériaux les plus utilisés pour ces applications sont des céramiques de titanozirconate de plomb convenablement dopées.

Propriétés optiques et photoferro-électriques

Bien que les propriétés optiques des ferro-électriques n'aient rien de remarquable en soi elles sont très utilisées car il est facile de les modifier par application d'un champ électrique (électro-optiques) ou par éclairement (photoferro-électriques). Les utilisations possibles sont des mémoires, des écrans de visualisation, des modulateurs.

Pour les mémoires, l'inscription se fait par rotation ou renversement de la polarisation spontanée par un champ électrique ou par éclairement. La lecture se fait généralement par des méthodes optiques. On peut par exemple faire des valves optiques dont la transparence peut être modulée par un champ électrique en utilisant des monocristaux de Bi₄Ti₃O₁₂, ou de Gd₂(MoO₄)₃. Les mêmes applications peuvent être obtenues avec des céramiques transparentes de PLZT (titanozirconate de plomb dopé au lanthane) dont les grandes dimensions permettent la réalisation de matrices à deux dimensions et de panneaux d'affichage. L'aspect purement mémoire a été encore développé dans un autre sens : en formant un hologramme dans un matériau ferro-électrique (LiNbO₃ ou BaTiO₃(Fe), par exemple) on peut le fixer et s'en servir par la suite pour restituer l'information. Il est possible ainsi d'obtenir l'inscription simultanée de plusieurs hologrammes, ce qui augmente la capacité de la mémoire.

Les modulateurs sont basés sur les variations d'indice ou de biréfringence des ferro-électriques provoquées par un champ éle [...]

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