La dégradation du niobate de lithium à haute température

Résumé

Ce mémoire a pour objectif d’identifier les phénomènes responsables de la dégradation du comportement piézoélectrique à haute température du niobate de lithium (LiNbO3). En effet, le niobate de lithium, contrairement aux autres matériaux piézoélectriques, possède à la fois une haute température de Curie (1210 °C ou 1483K) et des coefficients piézoélectriques suffisamment élevés pour des applications comme transducteur. Ce matériau est donc un candidat prometteur pour des applications piézoélectriques à haute température. Cependant, la littérature fait état d’une dégradation du niobate de lithium à partir de températures supérieures à 570K. Néanmoins, les mécanismes à l’origine de cette dégradation sont incertains. Une hypothèse permettrait d’expliquer cette dégradation des propriétés piézoélectriques du niobate de lithium à haute température : l’apparition d’une conduction ionique à haute température. Nous avons donc étudié la conductivité électrique de monocristaux congruents de niobate de lithium dans une fourchette de température allant de 20 °C (293K) à 1000 °C (1273K) sur une plage de fréquences variant de 20 Hz à 20 MHz. L’évolution de la conductivité électrique du niobate de lithium est décrite sous l’angle d’un modèle analytique. Ce modèle généralise la loi de relaxation diélectrique universelle avec l’équation d’Arrhenius afin de prendre en compte simultanément les variations de la température et de la fréquence d’excitation du cristal. Les mécanismes de conduction sont identifiés comme étant de nature électronique à basse température et de nature ionique, dominée par le déplacement des ions lithiums (Li+), à haute température. Cette conduction ionique peut donc provoquer un court-circuit interne dans le cristal de LiNbO3, réduisant la piézoélectrique observable. De plus, la fréquence d’excitation du cristal influe grandement sur la température au-delà de laquelle la conduction ionique devient dominante: à haute température les déplacements ioniques peuvent être grandement réduits avec une fréquence d’excitation suffisamment élevée, clarifiant ainsi la confusion présente dans la littérature. Ces résultats clarifient et identifient les mécanismes intervenant à haute température dans le niobate de lithium, permettant ainsi une mise en oeuvre approprié pour des applications piézoélectriques à haute température.

Date	29 juil. 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ricardo J. Zednik (Directeur(-trice)) & Pierre Bélanger (Codirecteur(-trice))