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Submitted on 1 Jan 1972
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TENSIONS ET COURANTS PENDANT LA DÉPOLARISATION D’UN MATÉRIAU
FERROÉLECTRIQUE
M. Bernard, Y. Fetiveau, G. Grange, J. Perrigot
To cite this version:
M. Bernard, Y. Fetiveau, G. Grange, J. Perrigot. TENSIONS ET COURANTS PENDANT LA DÉPOLARISATION D’UN MATÉRIAU FERROÉLECTRIQUE. Journal de Physique Colloques, 1972, 33 (C2), pp.C2-259-C2-260. �10.1051/jphyscol:1972290�. �jpa-00215026�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplément au no 4, Tome 33, Avril 1972, page C2-259
TENSIONS ET COURANTS PENDANT LA DÉPOLARISATION D'UN MATÉRIAU FERROÉLECTRIQUE
M. BERNARD, Y. FETIVEAU, G. GRANGE et J. PERRIGOT Laboratoire de Ferroélectricité, 1. N. S. A.
20, avenue Albert-Einstein, Villeurbanne
Résumé. - On décrit une nouvelle méthode pour déterminer l'énergie électrique qu'un matériau polarisé est susceptible de fournir, à une charge quelconque, lors d'un changement de phase. Cette méthode peut être utilisée pour améliorer le processus de polarisation des matériaux ainsi que pour comparer des matériaux de stockage d'énergie électrique.
1. Conditions expérimentales.
-
On peut éliminer F ~ G . 1. - Procédé de polarisation d'un matériau dans la phase la polarisation par charge d'espace, qui est moins ferroélectrique seulement.énergétique et inintéressante pour des applications
pyroélectriques, en suivant le procédé illustré en 20 rnn) en enregistrant la tension à "ide
vv
et le figure 1. [5], [6]. courant de court-circuit Icc en fonction de la tempéra-Séquence 1) Un champ électrique alternatif est ture.
Lorsqu'on applique un champ électrique sur une
céramique ferroélectrique, on peut polariser par trois TOC
sur la céramique pendant la montée puis la 11. Résultats expéfimentaux. - La figure 2 montre descente en température jusqu'au point de Curie. un enregistrement de V, et I~~ pour une céramique de
Séquence 2) A la température de Curie on annule titanate de baryum.
progressivement le champ alternatif. Les valeurs de V, et Icc dépendent de la vitesse de Séquence 3) La descente en température se fait sous montée en température :
mécanismes différents [l]. U ' Q)
a ) Le champ électrique appliqué déplace les ions de r(
leur position d'équilibre stable et déforme les trajec- L,
toires électroniques. C'est la polarisation induite. Elle
disparaît avec le champ. O)
b) Si les molécules sont dans une phase polaire, les V) m dipôles élémentaires tendent à s'orienter dans la direc- ,$
tion du champ appliqué et il y a apparition d'une pola- risation résultante. C'est la polarisation d'orientation.
Cette polarisation subsiste après suppression du champ Tc
électrique et on l'appelle polarisation rémanente.
c) A haute température (T r 120 OC pour BaTiO,) U
les joints de grains peuvent piéger les électrons de 4
conduction. C'est la polarisation par charge d'espace, aJ 0
&4
elle est aussi rémanente [2], [3], [4]. &I 0)
Il est intéressant de pouvoir provoquer l'un ou w l'autre de ces mécanismes et de connaître l'énergie
champ continu. 1) Pour une épaisseur donnée de l'échantillon la
Séquence 4) La céramique est court-circuitée à la tension à vide varie légèrement avec la vitesse de montée température ambiante. en température. V, varie par exemple de 1 à 1,5 lorsque Puis pour étudier la dépolarisation d'une céramique la vitesse varie de 1 à 15. V, est donc en première appro- polarisée suivant cette méthode, on fait subir à l'échan- ximation fonction de la température seulement :
320
,120
20
iillon une montée de température (de 20 à 220 OC
v,
= f ( T )correspondante mise en jeu. r: rb
P.l
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1972290
C2-260 M. BERNARD, Y. FETIVEAU, G. GRANGE ET J. PERRIGOT
2) Le courant de court-circuit est proportionnel à la vitesse de montée en température :
Au cours d'autres expériences une céramique de titanate de baryum a été déchargée dans différentes résistances. On a ainsi montré que, pour de faibles vitesses de montée en température, la céramique peut être considérée, à chaque température comprise entre 20 OC et 120 OC, comme une source linéaire de tension à vide V, et de résistance interne Ri = Vv/Icc.
III. Applications [7]. - Si nous supposons que la céramique débite, à chaque température, sur une charge adaptée :
l'énergie électrique fournie est :
Dans cette formule le facteur de vitesse dT/dt n'ap- paraît plus et l'énergie électrique ne dépend pas de la vitesse de montée en température mais seulement du 2 0 120 2 2 0 matériau et de l'intervalle de température Tl, T,.
T O C Les énergies obtenues, quelques mJ/cm3 pour la
FIO. 2. - Enregistrement simultané de Vv et Zcc pendant la dépo- céramique de BaTiO3 de la figure 2, sont faibles devant larisation d'une céramique de BaTi03. celles que l'on obtient en dépolarisation adiabatique.
VOLTAGES AND CURRENTS DURING DEPOLARIZATION OF
AFERROELECTRIC MATERIAL
Abstract. - We describe a new method to calculate the electric energy that a polarized material is liable to supply, to any sort of load, during a phase transition. This method can also be used to improve the way of polarization and to compare different energy storage materials.
When an electric field is applied on a ferroelectric c) At high temperatures ( T > 120 OC for BaTiO,) ceramic material, the polarization may result from the grain boundaries trap the conduction electrons.
three different mechanisms [l]. This is space charge polarization, which is also rema- a) The external applied field displaces ions from nent Pl, 131, FI.
their stable equilibrium position and the electro- I t is interesting t0 be able t0 set in motion one of nic paths. This is called an induced polarization. It these mechanisms and to measure the corresponding disappears together with the field. energy.
b) When a molecule possesses a permanent electric 1. Operating procedure. - We can get rid of the dipolar moment it may be oriented by an applied space charge polarization (whis is less energetic and electric field. This polarization of orientation remains uninteresting for pyroelectric applications) by follow- after the field has been removed. ing the process illustrated in figure 1. 151, [6].
