Elaboration par voie solide et caractérisations physicochimiques des céramiques multiféroïques de type pérovskite BaTiO3 dopées et/ou co-dopées au Fe, Bi et/ou Zr

Abstract

Dans cette thèse la méthode adoptée pour la synthèse des céramiques de BaTiO3 (BT) pure, substituées aux ions magnétiques de Fe3+ et co-substituées au Bi3+ ou Zr4+ est la voie solide. L’étude structurale de ces matériaux montre que le BT pure cristallise dans une structure pure tétragonale, tandis que la substitution du BT au Fe stabilise la phase hexagonale pour des taux élevés de Fe. De plus les co-substitutions des ions de Bi3+ sur le site A ou de Zr4+ sur le site B ont un effet similaire sur la structure du BT. En effet ces derniers inhibent l’apparition de la phase hexagonale induite par la substitution au Fe et ramène le BT à sa structure tétragonale. L’étude de la spectroscopie Mössbauer indique que toutes les céramiques présentent un état paramagnétique à température ambiante et que le Fer est oxydé sous Fe3+ et la présence des ions de Fe4+ ou Fe2+ est exclu. L’étude diélectrique révèle une seule transition de la phase ferroélectrique à la phase paraélectrique pour le BT pure alors que le dopage au Fe fait apparaitre une nouvelle anomalie à haute température et rend la première transition relaxatrice et diffuse. L’étude diélectrique de la co-substitution du BT au Fe et au Bi montre trois transitions de phases : la première est une transition de la phase rhomboédrique ferroélectrique à la phase orthorhombique ferroélectrique, la deuxième est une transition de la phase orthorhombique ferroélectrique à la phase tétragonale ferroélectrique, et la troisième correspond à une transition de la phase tétragonale ferroélectrique à la phase cubique paraélectrique. Ces trois transitions de phases sont diffuses et présentent une relaxation. Pour le BT co-substitué au Fe et au Zr, deux anomalies diélectriques sont observées. La première est liée à la température de transition de la phase ferroélectrique à la phase paraélectrique du BaTiO3 pure, alors que la deuxième anomalie diélectrique, correspond à la transition de la phase rhomboédrique à la phase orthorhombique. Ces anomalies sont très diffuses et à caractère relaxeur. De plus l’étude diélectrique a montré que la substitution du BaTiO3 au Fe diminue la constante diélectrique, alors que la co-substitution au Bi ou Zr augmente cette dernière et donc fait disparaitre l’effet du Fe.