Titanate de zirconate de plomb - Lead zirconate titanate
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| Des noms | |
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Nom IUPAC
Titanate de plomb et de zirconium
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| Autres noms
Titanate de plomb et de zirconium
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| Identifiants | |
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Modèle 3D ( JSmol )
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| Carte Info ECHA |
100.032.467 
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| Numéro CE | |
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PubChem CID
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Tableau de bord CompTox ( EPA )
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| Propriétés | |
| Pb [ Zr x Ti 1− x ] O 3 (0≤ x ≤1) | |
| Masse molaire | 303,065 à 346,4222 g / mol |
| Dangers | |
| Pictogrammes SGH |
  
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| Mot de signalisation SGH | Danger |
| H302 , H332 , H360 , H373 , H400 , H410 | |
| P201 , P202 , P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P273 , P281 , P301 + 312 , P304 + 312 , P304 + 340 , P308 + 313 , P312 , P314 , P330 , P391 , P405 , P501 | |
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Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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 vérifier ( qu'est-ce que c'est ?)
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| Références Infobox | |
Le titanate de zirconate de plomb est un composé inorganique de formule chimique Pb [ Zr x Ti 1− x ] O 3 (0 ≤ x ≤ 1). Aussi appelé titanate de zirconium de plomb , il s'agit d'un matériau céramique pérovskite qui présente un effet piézoélectrique marqué , ce qui signifie que le composé change de forme lorsqu'un champ électrique est appliqué. Il est utilisé dans un certain nombre d'applications pratiques telles que les transducteurs à ultrasons et les résonateurs piézoélectriques . C'est un solide blanc à blanc cassé.
Le titanate de plomb et de zirconium a été développé pour la première fois vers 1952 au Tokyo Institute of Technology . Comparé au titanate de baryum , un matériau piézoélectrique à base d'oxyde métallique précédemment découvert , le titanate de plomb et de zirconium présente une plus grande sensibilité et a une température de fonctionnement plus élevée. Les céramiques piézoélectriques sont choisies pour des applications en raison de leur résistance physique, de leur inertie chimique et de leur coût de fabrication relativement faible. La céramique PZT est la céramique piézoélectrique la plus couramment utilisée car elle a une sensibilité encore plus grande et une température de fonctionnement plus élevée que les autres céramiques piézoélectriques.
Propriétés électrocéramiques
Étant piézoélectrique, le titanate de zirconate de plomb développe une tension (ou une différence de potentiel) sur deux de ses faces lorsqu'il est comprimé (utile pour les applications de capteur), et change physiquement de forme lorsqu'un champ électrique externe est appliqué (utile pour les applications d'actionneur). La permittivité relative du titanate de zirconate de plomb peut aller de 300 à 20000, en fonction de l'orientation et du dopage.
Étant pyroélectrique , ce matériau développe une différence de tension sur deux de ses faces dans des conditions de température changeantes; par conséquent, le titanate de zirconate de plomb peut être utilisé comme capteur de chaleur. Le titanate de zirconate de plomb est également ferroélectrique , ce qui signifie qu'il présente une polarisation électrique spontanée ( dipôle électrique ) qui peut être inversée en présence d'un champ électrique.
Le matériau présente une permittivité relative extrêmement élevée à la limite de phase morphotrope (MPB) proche de x = 0,52.
Certaines formulations sont ohmiques jusqu'à au moins 250 kV / cm (25 MV / m), après quoi le courant croît exponentiellement avec l'intensité du champ avant d'atteindre la rupture par avalanche ; mais le titanate de zirconate de plomb présente un claquage diélectrique en fonction du temps - un claquage peut se produire sous une tension de tension constante après quelques minutes ou heures, selon la tension et la température, de sorte que sa rigidité diélectrique dépend de l'échelle de temps sur laquelle elle est mesurée. D'autres formulations ont des résistances diélectriques mesurées dans la plage de 8 à 16 MV / m.
Les usages
Les matériaux à base de titanate de zirconate de plomb sont des composants de condensateurs céramiques et d' actionneurs (tubes) STM / AFM .
Le titanate de zirconate de plomb est utilisé pour fabriquer des transducteurs à ultrasons et d'autres capteurs et actionneurs , ainsi que des condensateurs en céramique de grande valeur et des puces FRAM . Le titanate de zirconate de plomb est également utilisé dans la fabrication de résonateurs céramiques pour la synchronisation de référence dans les circuits électroniques. En 1975, les laboratoires nationaux de Sandia ont créé des lunettes anti-flash avec PZLT pour protéger le personnel navigant contre les brûlures et la cécité en cas d'explosion nucléaire. Les lentilles PLZT pourraient devenir opaques en moins de 150 microsecondes.
Dans le commerce, il n'est généralement pas utilisé sous sa forme pure, mais plutôt dopé avec des accepteurs, qui créent des lacunes d'oxygène (anion), ou des donneurs, qui créent des lacunes de métal (cation) et facilitent le mouvement de la paroi du domaine dans le matériau. En général, le dopage accepteur crée du titanate de zirconate de plomb dur , tandis que le dopage du donneur crée du titanate de zirconate de plomb souple . Le titanate de zirconate de plomb dur et mou diffèrent généralement par leurs constantes piézoélectriques. Les constantes piézoélectriques sont proportionnelles à la polarisation ou au champ électrique généré par unité de contrainte mécanique, ou en variante est la contrainte mécanique produite par unité de champ électrique appliqué. En général, le titanate de zirconate de plomb souple a une constante piézoélectrique plus élevée, mais des pertes plus importantes dans le matériau en raison du frottement interne . Dans le titanate de zirconate de plomb dur , le mouvement de la paroi du domaine est bloqué par les impuretés, réduisant ainsi les pertes dans le matériau, mais au détriment d'une constante piézoélectrique réduite.
Variétés
L'une des compositions chimiques couramment étudiées est Pb Zr 0,52 Ti 0,48 O 3 . L'augmentation de la réponse piézoélectrique et de l'efficacité de polarisation proche de x = 0,52 est due au nombre accru d'états de domaine autorisés au MPB. A cette frontière, les 6 états de domaine possibles de la phase tétragonale ⟨100⟩ et les 8 états de domaine possibles de la phase rhomboédrique ⟨111⟩ sont également favorables énergétiquement, permettant ainsi un maximum de 14 états de domaine possibles.
Comme le tantalate de scandium de plomb et le titanate de strontium de baryum structurellement similaires , le titanate de zirconate de plomb peut être utilisé pour la fabrication de capteurs d' imagerie infrarouge à matrice fixe non refroidis pour caméras thermographiques . On utilise à la fois des couches minces (généralement obtenues par dépôt chimique en phase vapeur ) et des structures massives. La formule du matériau utilisé se rapproche généralement du Pb 1,1 (Zr 0,3 Ti 0,7 ) O 3 (appelé zirconate de plomb titanate 30/70). Ses propriétés peuvent être modifiées en le dopant au lanthane , conduisant au titanate de zirconium de plomb dopé au lanthane ( titanate de zirconate de plomb , également appelé titanate de zirconium et de lanthane de plomb ), de formule Pb 0,83 La 0,17 (Zr 0,3 Ti 0,7 ) 0,9575 O 3 (Zirconate de plomb) titanate 17/30/70).