Thèse Synthèse et Caractérisation de Céramiques Relaxeurs sans Plomb à Haute Entropie pour le Stockage d'Énergie et l'Électro-Déformation H/F

Université de Tours

Établissement : Université de Tours
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : Groupe de recherche en Matériaux, Microélectronique, Acoustique et Nanotechnologies
Direction de la thèse : Cécile AUTRET-LAMBERT ORCID 0000000314032751
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-09T23:59:59

Contexte :
Les matériaux ferroélectriques relaxeurs suscitent un intérêt croissant en raison de leur constante diélectrique élevée, de leurs faibles pertes, et de leur stabilité thermique et pour le développement de diverses applications comme par exemple les condensateurs de stockage d'énergie et les actionneurs électrostrictifs1-2.
Ces matériaux relaxeurs se distinguent par la présence de nanorégions polaires (PNRs), au sein desquelles les dipôles électriques sont corrélés à l'échelle nanométrique et dont la polarisation est orientée de manière aléatoire en l'absence de champ électrique externe.
Récemment, l'approche des oxydes à haute entropie (High Entropy Oxides, HEOs) a émergé comme une stratégie prometteuse pour concevoir des relaxeurs performants. Le désordre chimique intrinsèque, la multiplicité des états de valence ionique et les fortes distorsions du réseau cristallin caractéristiques de ces systèmes favorisent la formation de nanorégions polaires hautement dynamiques3. Cette approche ouvre ainsi des perspectives inédites pour l'optimisation des propriétés diélectriques et électromécaniques.
Objectif :
Ce travail de thèse vise à synthétiser et à caractériser des céramiques ferroélectriques relaxeurs sans plomb, de structure pérovskite ABO3, en utilisant le concept de haute entropie. L'objectif est d'explorer des compositions monophasées intégrant cinq cations ou plus, de rayons ioniques et valences différentes, substituant les sites A et/ou B de la structure pérovskite. L'étude a pour objectif d'analyser l'influence de la complexité chimique et du désordre induits par la haute entropie sur la densité de stockage d'énergie, l'efficacité énergétique ainsi que sur le comportement électromécanique. Ce projet de thèse vise à contribuer au développement de la prochaine génération de condensateurs à haute capacité de stockage d'énergie et à ouvrir de nouvelles perspectives pour les actionneurs électrostrictifs.

Les matériaux ferroélectriques relaxeurs suscitent un intérêt croissant en raison de leur constante diélectrique élevée, de leurs faibles pertes, et de leur stabilité thermique et pour le développement de diverses applications comme par exemple les condensateurs de stockage d'énergie et les actionneurs électrostrictifs1-2.
Ces matériaux relaxeurs se distinguent par la présence de nanorégions polaires (PNRs), au sein desquelles les dipôles électriques sont corrélés à l'échelle nanométrique et dont la polarisation est orientée de manière aléatoire en l'absence de champ électrique externe.
Récemment, l'approche des oxydes à haute entropie (High Entropy Oxides, HEOs) a émergé comme une stratégie prometteuse pour concevoir des relaxeurs performants. Le désordre chimique intrinsèque, la multiplicité des états de valence ionique et les fortes distorsions du réseau cristallin caractéristiques de ces systèmes favorisent la formation de nanorégions polaires hautement dynamiques3. Cette approche ouvre ainsi des perspectives inédites pour l'optimisation des propriétés diélectriques et électromécaniques.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation de céramiques ferroélectriques relaxeurs sans plomb de type pérovskite ABO, basées sur le concept de haute entropie. Il s'agit d'étudier des compositions monophasées contenant au moins cinq cations substituant les sites A et/ou B, et d'évaluer l'impact du désordre chimique sur la densité et l'efficacité de stockage d'énergie ainsi que sur les propriétés électromécaniques. L'objectif final est de contribuer au développement de condensateurs à haute capacité et d'actionneurs électrostrictifs de nouvelle génération.

Le travail de thèse comprendra plusieurs volets qui iront de la synthèse, caractérisation jusque la compréhension avancée des propriétés des matériaux.
- Étude bibliographique ciblée sur les matériaux ferroélectriques relaxeurs.
- Synthèse de phases à haute entropie par la méthode de réaction à l'état solide et le procédé sol-gel.
- Optimisation des conditions de frittage des céramiques pour une meilleure densité et obtenir une microstructure homogène.
- Caractérisation structurale et microstructurale des céramiques par DRX, MEB-EDX, MET, etc.
- Mesures des propriétés diélectriques et de polarisation en fonction de la température et de la fréquence.
-Évaluation des performances de stockage d'énergie et électromécaniques.