Synthèse et caractérisation de céramiques relaxeurs sans plomb à haute entropie pour le stockage d'énergie et l'électro-déformation // Synthesis and characterization of lead-free high-entropy relaxor ceramics for energy storage and electro-strain applicat

Contexte :
Les matériaux ferroélectriques relaxeurs suscitent un intérêt croissant en raison de leur constante diélectrique élevée, de leurs faibles pertes, et de leur stabilité thermique et pour le développement de diverses applications comme par exemple les condensateurs de stockage d'énergie et les actionneurs électrostrictifs1-2.
Ces matériaux relaxeurs se distinguent par la présence de nanorégions polaires (PNRs), au sein desquelles les dipôles électriques sont corrélés à l'échelle nanométrique et dont la polarisation est orientée de manière aléatoire en l'absence de champ électrique externe.
Récemment, l'approche des oxydes à haute entropie (High Entropy Oxides, HEOs) a émergé comme une stratégie prometteuse pour concevoir des relaxeurs performants. Le désordre chimique intrinsèque, la multiplicité des états de valence ionique et les fortes distorsions du réseau cristallin caractéristiques de ces systèmes favorisent la formation de nanorégions polaires hautement dynamiques3. Cette approche ouvre ainsi des perspectives inédites pour l'optimisation des propriétés diélectriques et électromécaniques.
Objectif :
Ce travail de thèse vise à synthétiser et à caractériser des céramiques ferroélectriques relaxeurs sans plomb, de structure pérovskite ABO3, en utilisant le concept de haute entropie. L'objectif est d'explorer des compositions monophasées intégrant cinq cations ou plus, de rayons ioniques et valences différentes, substituant les sites A et/ou B de la structure pérovskite. L'étude a pour objectif d'analyser l'influence de la complexité chimique et du désordre induits par la haute entropie sur la densité de stockage d'énergie, l'efficacité énergétique ainsi que sur le comportement électromécanique. Ce projet de thèse vise à contribuer au développement de la prochaine génération de condensateurs à haute capacité de stockage d'énergie et à ouvrir de nouvelles perspectives pour les actionneurs électrostrictifs.
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Background
Relaxor ferroelectric materials have attracted increasing interest due to their high dielectric permittivity, low dielectric losses, and thermal stability, making them suitable for various applications such as energy-storage capacitors and electrostrictive actuators¹,².
These relaxor materials are characterized by the presence of polar nanoregions (PNRs), in which electric dipoles are correlated at the nanoscale and randomly oriented in the absence of an external electric field.
Recently, the high-entropy oxide (HEO) approach has emerged as a promising strategy for designing high-performance relaxors. The intrinsic chemical disorder, multiple ionic valence states, and strong lattice distortions characteristic of these systems promote the formation of highly dynamic polar nanoregions³. This approach therefore opens new opportunities for optimizing dielectric and electromechanical properties.

Objective
The aim of this PhD work is to synthesize and characterize lead-free relaxor ferroelectric ceramics with a perovskite ABO₃ structure using the high-entropy concept. The objective is to investigate single-phase compositions incorporating five or more cations with different ionic radii and valence states substituting the A and/or B sites of the perovskite structure.
The study will analyze the influence of chemical complexity and entropy-induced disorder on energy-storage density, energy efficiency, and electromechanical behavior. This research aims to contribute to the development of next-generation high-energy-density capacitors and to open new perspectives for electrostrictive actuators.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Université de Tours

552 Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU

Nous recherchons un(e) candidat(e) passionné(e) par les matériaux et leurs applications dans le domaine de l'energie, ayant : • Un diplôme de Master 2 ou d'ingénieur en chimie et science des matériaux. • Une expérience dans les matériaux céramiques et les techniques de caractérisation. • Un bon niveau d'anglais (écrit et oral) ainsi qu'en rédaction scientifique. • Rigueur, autonomie, goût pour le travail dans un laboratoire de recherche.
We are looking for a candidate who is passionate about materials and their applications in the field of energy, with: - A Master's degree (MSc, second year) or an Engineering degree in Chemistry and Materials Science. - Experience in ceramic materials and characterization techniques. -A good command of English (written and spoken), as well as strong scientific writing skills. - Rigor, autonomy, and an interest in working in a research laboratory.