Laboratoire Universitaire des Sciences Appliquées de Cherbourg

Thématique « Matériaux céramiques et composants (MCC) »

Cette thématique structurante du laboratoire est l’émanation des compétences et des savoirs faire développés depuis longtemps au LUSAC au sein de ses anciennes équipes « Céramiques, Capteurs, Composants et Procédés » et « Composants et Systèmes Electroniques ». La thématique s’appuie principalement sur un projet ANR et deux projets CPER « GR2TC » et « IRMA » qui sont en cours ainsi que sur leurs perspectives. La thématique sera développée en deux sous thèmes, d’une part autour des composants ayant une fonction d’isolation et d’autre part autour des composants sensibles à leur environnement.

• Composants isolants, céramiques diélectriques

Ces études font partie du projet collaboratif ANR-MAPR-0013 « cheapcomponents » entre le LUSAC et l’entreprise TEMEX CERAMICS de Pessac. Pour faire face à la concurrence, notre partenaire industriel, TEMEX CERAMICS doit intégrer deux axes prioritaires que sont l’amélioration des performances électriques des composants pour viser des nouvelles applications niches à plus forte valeur ajoutée et la diminution du coût de production pour faire face aux baisses des prix des composants. Deux applications sont particulièrement visées : les condensateurs céramiques multicouches et les matériaux pour résonateurs hyperfréquence.

• Interactions composants environnement

Cette rubrique comporte deux aspects. Le développement de matériaux sensibles à certains paramètres de l’environnement permet à posteriori la mise au point de capteurs. Ce projet vise le développement de matériaux sensibles à l’humidité et/ou à la température et également à l’effet de certains rayonnements ionisants. Les travaux à venir portent sur l’approfondissement de la connaissance de certains matériaux comme Li2MgTiO4 mais également sur le développement de capteurs d’humidité contenant cette phase ou non. Différentes voies de réalisation de capteurs fiables sont à l’étude, notamment la fabrication de matériaux massifs ou par procédés en couches épaisses ou couches minces. La sensibilité vis-à-vis des rayonnements ionisants sera étudiée en collaboration avec l’Ecole des Applications Militaires de l’Energie Atomique (EAMEA) et l’INSTN de Cherbourg. Dans le cadre d’une thèse financée par l’EAMEA et en collaboration avec l’IEMN de Villeneuve d’Ascq, nous avons montré l’intérêt d’étudier l’influence de faibles doses de rayonnements gamma, de neutrons thermalisés et de neutrons rapides sur les performances de transistors de la filière GaN plus prometteuse encore que celle de GaAs. Nous allons poursuivre ces travaux compte tenu de l’évolution des technologies et des performances de ces composants.

• Matériaux pour l’énergie

Les céramiques thermoélectriques sont des matériaux fonctionnels capables de convertir l’énergie thermique en énergie électrique. Selon leurs performances, ces matériaux peuvent être utilisés pour le refroidissement ou pour la thermogénération. Un des grands champs d’application de cette technologie est le domaine de l’automobile : le challenge est de convertir une bonne part de la chaleur perdue au niveau des pots d’échappement en énergie électrique directement utilisable pour la commande des organes mécaniques et pour l’alimentation de l’habitacle. Ainsi, des constructeurs automobiles tels que Toyota envisagent à terme de supprimer les alternateurs des voitures, ce qui se traduirait par une forte baisse de la consommation de carburant et une réduction conséquente des émissions polluantes. Le laboratoire LUSAC en collaboration avec le laboratoire CRISMAT s’est investi dans la mise en forme et la caractérisation des matériaux thermoélectriques. Le LUSAC a par ailleurs initié la synthèse des oxydes thermoélectriques à grains fins, ce qui améliore sensiblement le rendement de conversion. Ces travaux se poursuivent par le développement de la mise en forme par frittage conventionnel au LUSAC et la densification par le procédé « Spark Plasma Sintering » au CNRT-Matériaux de Caen (collaboration avec le CRISMAT). Les matériaux oxydes de la famille CaMnO, Bi(Ca, Ba, Sr)CoO ainsi que des alliages BiTe sont en cours de formulation et d’élaboration dans le cadre d’un projet postdoctoral (financement UCBN). L’objectif est donc d’établir des corrélations entre les performances et la microstructure des céramiques thermoélectriques via les conditions de sollicitation thermique.