Couches épaisses céramiques pour applications piézoélectriques élaborées par dépôt d'aérosol (ADM) // Elaboration of ceramic thick films for piezoelectric applications by Aerosol Deposition method (ADM)

Cette thèse est dédiée à la réalisation de couches épaisses piézoélectriques de matériaux sans plomb par dépôt d'aérosol (Aerosol Deposition method AD ou ADM), dans le cadre d'une collaboration IRCER – CTTC (Centre de Transfert de Technologies Céramiques), développée depuis 2015 (2 masters et deux thèses [1-5]).
L'AD permet d'obtenir directement des couches céramiques épaisses et denses, à température ambiante. Cependant, l'AD conduit à des tailles de grains nanométriques et des contraintes résiduelles très élevées et la ferroélectricité / piézoélectricité est alors perdue. Restaurer les propriétés piézoélectriques impose donc un traitement thermique post-dépôt.
Les travaux successifs IRCER/CTTC ont permis de : (i) maitriser le procédé (poudres, gaz porteur, type de substrats possibles), (ii) comprendre et maitriser les paramètres de recuit post-dépôt. Des démonstrateurs fonctionnels simples de récupération d'énergie ont été réalisés, (puissance récupérée 0,4 à 0,6 nW). Enfin, l'adaptation des poudres a permis la réalisation de dépôts piézoélectriques directement, sans recourir à un traitement post-dépôt.
La thèse visera donc à poursuivre ces études pour des matériaux sans plomb, avec en particulier la réalisation de démonstrateurs dédiés à des applications piézoélectriques (capteurs, dispositifs SAW…). Dans ce but, les objectifs visés sont : (i) l'élaboration de géométries complexes, (ii) le dépôt sur deux faces du substrat et (ii) le développement des travaux sur substrats polymère.
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This thesis is devoted to the elaboration of lead-free materials thick piezoelectric films by Aerosol Deposition method (AD or ADM). It corresponds to a collaboration between IRCER and Center for Technology Transfers in Ceramics (CTTC) developed since 2015 (2 masters and 2 Ph-d [1-5].
AD allows obtaining directly thick and dense ceramic films at room temperature. Nevertheless, AD induces nanometric-sized grains and residual stress and therefore, ferroelectricity / piezoelectricity is lost after deposition. Thus, recovering of piezoelectric properties involves a post-deposition thermal annealing.
The joined IRCER/CTTC successive studies allowed: (i) to control the process (powders, carrier gas, possible substrates), (ii) to understand and master post-deposition annealing. Simple energy harvesting functional demonstrators were elaborated, evidencing the possibility of energy harvesting (recovered power 0.4-0.6 nW). Finally, adapting the powders allowed to obtain directly piezoelectric films, without post-deposition annealing.
The thesis will be devoted to further development of AD process for lead-free materials, particularly with the elaboration of piezoelectric devices (sensors, SAW devices…). The objectives targeted are: (i) obtaining more complex geometries, (ii) deposition on both faces of the substrate, (iii) elaboration of films on polymer substrates.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Limoges

653 Sciences et Ingénierie

Les candidats doivent posséder une formation en science des matériaux, de préférence dans le domaine des céramiques, et être titulaires d'un Master 2 ou d'un diplôme équivalent. Ils doivent être capables de travailler en équipe.
Candidates should possess a background in material science preferably in the field of ceramics, with a Master's degree or equivalent. They must have ability to work in a team