Influence d'une polarisation de réorientation sur l'anisotropie des céramiques piézoélectriques et leur stabilité

Stability of PZT piezoceramics under mechanical stress is still one of the most critical features of these materials. Previous studies have shown the influence of reorientational polarization on the properties of these ceramics. It was proposed that a better stabilization should occur when the polarization vector was compensated at the domains boundaries by an induced polarization. In the present paper, a theoretical model is developed showing a dependence of the stabilizing processes on the ratio of the longitudinal piezoelectric coefficient d33 over the transverse coefficient d31. The experimental results are compared with theoretical values based on this model.La stabilité des céramiques piézoélectriques de type PZT sous des compressions uniaxiales répétitives demeure toujours une des caractéristiques les plus critiques de ces matériaux. Des études antérieures ont mis en évidence l'influence d'une polarisation induite de compensation sur les propriétés de ces céramiques. Elles ont montré que la stabilisation est améliorée lorsque l'on compense le vecteur de polarisation aux frontières des domaines par une polarisation induite. Le présent article propose un modèle théorique qui permet d'établir une relation entre le processus de stabilisation et le rapport d 31/d33 des coefficients piézoélectriques (d 31 coefficient transverse, d33 coefficient longitudinal). Les résultats expérimentaux confirment les valeurs théoriques établies à partir de ce modèle

CHARACTERIZATION OF HIGH POWER PIEZOELECTRIC CERAMICS UNDER HIGH MECHANICAL DRIVING LEVELS

Une nouvelle méthode de caractérisation des pertes mécaniques des céramiques piézoélectriques pour émission de puissance est développée à partir du modèle de Mason. La méthode de caractérisation sous hauts niveaux de sollicitations mécaniques utilise une excitation harmonique non permanente autour de la fréquence de résonance, dans l'air. Les résultats concernant les meilleures céramiques de puissance industrielles et de laboratoire sont proposés. Une attention particulière a été donnée à la validation de la méthode, que ce soit par des mesures optiques, thermiques ou acoustiques.A new method for characterizing high power piezoceramics mechanical losses is developed on Mason's model. The method corresponds to a high mechanical driving level context, since samples are tested under pulsed harmonic excitation, at a resonance frequency, in the air. The results of the best high power industrial and laboratory ceramics are given. A special care was taken to check the method by optical, thermal and acoustic measurements

Optimisation du transfert sur capacité de l'énergie libérée par un élément piézoélectrique en compression

The purpose of the present paper is the study of the transfer on a capacitor of the electrical energy released by a piezoelectric ceramic under a uniaxial stress pulse. This stress, achieved by the fall on the specimen of a steel ball, is similar to that observed on the piezoelectric impact igniters. The main circuit is a Graetz-type bridge rectifier loaded by a capacitor. This bridge is either directly feeded by the piezoelectric generator or through a matched self-inductance. The study was primarily carried out on a simplified model neglecting the variations of compliance, then generalized to the actual model taking into account the piezoelectricity's complete equations. Experiments on various piezoelectric elements confirm the theoretical results.Le but de cet article est d'étudier le transfert sur une capacité de l'énergie électrique libérée par une céramique piézoélectrique au cours d'une compression uniaxiale impulsionnelle. La compression, obtenue par la chute d'une bille d'acier sur l'échantillon, est semblable à celle observée sur les allumeurs piézoélectriques. Le circuit utilisé est constitué par un pont de diodes de type Graetz débitant sur un condensateur. Ce pont est alimenté par le générateur piézoélectrique soit directement, soit par l'intermédiaire d'une self accordée. L'étude a été menée en premier lieu sur un modèle simplifié négligeant les variations de compliance de l'élément piézoélectrique, puis généralisée au modèle réel en considérant les équations complètes de la piézoélectricité. Les essais sur des éléments piézoélectriques divers ont confirmé les résultats théoriques

Preface - Electro-active materials and sustainable growth

International audienceEditorial Materia

Conversion thermoélectrique par transitions de phase avec des matériaux ferroélectriques

Thermoelectric converters using ferroelectric ceramics are described in this paper. The large loss of the remanent polarization during a phase transition with rising or decreasing temperature is used in these converters. The principle of operation is reported ; experimental results, experimental and theoretical efficiencies are given for a ferroelectric-antiferroelectric phase transition during a drop in temperature. A comparative study with the results obtained during a ferroelectric-antiferroelectric or ferroelectric-paraelectric phase transition with rising temperature is achieved.La forte variation de la polarisation rémanente d'une céramique ferroélectrique lors d'un changement de phase consécutif à un échauffement ou à un refroidissement de l'échantillon, est à l'origine des convertisseurs thermoélectriques décrits dans cet article. Le principe de fonctionnement, les résultats expérimentaux obtenus et les rendements — expérimentaux et théoriques — sont étudiés à une transition ferroélectrique-antiferroélectrique, lors d'essais en descente de température ; la comparaison est faite avec les résultats obtenus au cours d'une transition ferroélectrique-antiferroélectrique ou ferroélectrique-paraélectrique en montée de température

Adaptation électrique d'un convertisseur d'énergie piézoélectrique

L'utilisation des structures piézoélectriques comme transducteurs acoustiques ou comme générateur d'étincelles pour l'allumage des gaz connaît un développement important. Parmi les problèmes soulevés par ces techniques, se pose celui de l'accroissement de l'énergie électrique récupérée lors d'un choc mécanique uniaxial. A partir des équations de la piézoélectricité et des caractéristiques de l'impulsion de commande, une formule est proposée qui donne la résistance d'adaptation. L'étude expérimentale de l'énergie fournie au cours de la transformation mécano-électrique réversible sur des échantillons d'origines diverses conduit à des valeurs pratiques de résistance en bon accord avec les valeurs théoriques

Adaptation électrique d'un convertisseur d'énergie pyroélectrique

This paper describes a reversible pyroelectric power converter. The fundamental parameters leading to the optimization of the electrical energy absorbed by a resistive load are studied. From a theorical development, the pyroelectric merit figure and the matched resistive load of the material have been calculated. An experimental study of the electrical energy supplied by the converter during a thermal pulse has enabled the accuracy of the theory to be tested.Cette note concerne l'étude d'un convertisseur d'énergie pyroélectrique réversible. Les paramètres fondamentaux permettant d'optimiser l'énergie électrique récupérée sur une résistance d'utilisation sont étudiés. Un calcul théorique définit les facteurs de qualité pyroélectriques du matériau ainsi que la résistance d'adaptation. Une étude expérimentale de l'énergie électrique récupérée lors d'une attaque thermique impulsionnelle permet de vérifier ces résultats théoriques