Les transducteurs piézoélectriques convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique (et vice-versa). Ils sont largement utilisés dans des domaines très variés allant du médical (imagerie échographique) à l’industrie automobile (déclencheur airbag) en passant par la robotique, les systèmes de guidage ou encore les télécommunications. L’essentiel de ces applications utilisent des matériaux polycristallins dont la déformation induite sous champ électrique n’excède pas aujourd’hui 0.7 % posant ainsi des limites d’efficacité et de résolution dans les dispositifs actuels.

En collaboration avec l’IIS de Bangalore en Inde, des chercheurs de CentraleSupélec ont obtenu une déformation induite sous champ électrique jusqu’à 1.3 %, c’est-à-dire quasiment près de deux fois la valeur record jusque-là observée, en concevant dans cette intention, un matériau piézoélectrique à base du ferroélectrique BiFeO₃-PbTiO₃-LaFeO₃. Ce choix permet une auto-nanostructuration où domaines ferroélectriques nanométriques, coexistence de phases de basse symétrie et à forte déformation spontanée, et forte sensibilité à répondre à une sollicitation électrique en sont les ingrédients. Cette stratégie de nanostructuration permet d’envisager de meilleurs dispositifs transducteurs piézoélectriques ainsi que de nouveaux matériaux piézoélectriques dont la déformation pourrait valoir plusieurs % !

Ces travaux ont été menés dans le cadre du Flagship AXION.

Référence : Electrostrain in excess of 1% in polycrystalline piezoelectrics

B. Narayan, J. S. Malhotra, R. Pandey, K. Yaddanapudi, P. Nukala, B. Dkhil, A. Senyshyn and R. Ranjan
Nature Materials 17, pp 427–431 (2018)

Contact NanoSaclay: Brahim Dkhil, SPMS, CentraleSupélec

Collaborations:
•    Department of Materials Engineering, Indian Institute of Science, Bengalore, Inde
•    Source expérimentale de neutrons Heinz Maier-Leibnitz (FRM II), Université Technique de Munich, Allemagne.