SYnthèse du Matériau Piézoélectrique de l’Avenir : la pérovskite SnTIO3 – SYMPATI

Les matériaux piézoélectriques sont indispensables à de nombreuses applications aussi bien militaires, spatiales que civiles telles que les systèmes de communications, les systèmes de défense, le diagnostic médical, le contrôle non-destructif par ultrasons, les actionneurs, les capteurs ou le domaine de la récupération d’énergie. Les matériaux les plus performants et les plus utilisés appartiennent à la famille des pérovskites Pb(Zr,Ti)O3 ou PZT. Ces matériaux peuvent contenir jusqu’à 50 % de plomb. Or, dans une optique de développement durable, le parlement européen a décidé de limiter l'utilisation de certaines substances dangereuses, en particulier le plomb, dans les équipements électriques et électroniques. Jusqu’à présent les céramiques piézoélectriques bénéficient d’une dérogation car il n’existe pas de substitut ayant des performances comparables. De nombreux travaux ont débuté pour rechercher de nouveaux candidats ((K0.5Na0.5)NbO3, (Bi0.5Na0.5)TiO3, …), mais très peu de matériaux permettent d'obtenir les performances diélectriques, piézoélectriques et mécaniques équivalentes à celles des pérovskites au plomb.

Toutefois, depuis 2009, plusieurs études théoriques par calculs ab-initio semblent indiquer que la pérovskite SnTiO3 posséderait des propriétés identiques voire supérieures à celles de la pérovskite PbTiO3. Malheureusement, les premiers essais de synthèse de ce matériau par réaction en phase solide à haute température n’ont pas permis d’obtenir la pérovskite SnTiO3 du fait de la dismutation de Sn2+ en Sn0 et Sn4+. Il apparait donc nécessaire de tester d’autres approches de synthèse ayant fait leurs preuves pour d’autres systèmes (SnTa2O6, SrCoO3, …).

Le premier objectif du projet SYMPATI est de synthétiser la pérovskite SnTiO3. Deux types d’approches seront envisagés : la première consistera à essayer d’obtenir la pérovskite SnTiO3 par chimie douce et/ou synthèses solvothermales et la seconde consistera à essayer de stabiliser la structure par substitution cationique. Enfin, l’objectif final du projet SYMPATI est de mesurer les propriétés piézoélectriques d’une céramique dense de pérovskite SnTiO3. Cela permettra de confirmer ou infirmer les résultats obtenus par les différentes simulations et de définir si la pérovskite SnTiO3 est le matériau piézoélectrique du futur.