Partie 4 Etude des propriétés électriques

Partie 4
Etude des propriétés
électriques

4 > Etude des propriétés électriques
4.1 Introduction
4.2 Protocole expérimental
4.2.1 La cellule de mesures
4.2.2 Etalonnage de la cellule
4.2.3 Mode opératoire
4.3 Rappels : les mesures électriques
4.4 Résultats
4.4.1 Pertes diélectriques
4.4.2 Conductivité
4.4.3 Energie d'activation
4.5 Discussion
4.1 Introduction
Vu la structure de nos composés et les résultats précédents
concernant la présence de phénomène observée sur les thermogrammes, nous
avons mené une caractérisation des propriétés électriques sur nos
échantillons. En effet, de nombreux composés à structure perovskite, pour la
plupart des fluorures, présentent en fonction de la température des propriétés
électriques intéressantes liées à leur structure. Ceci a constitué une raison
supplémentaire à cette étude, étant donné l'analogie entre fluorures et
hydrures.
Après avoir entièrement réalisé la cellule de mesures, nous avons
effectué différentes mesures électriques afin de déterminer l'allure du
comportement électrique de nos produits et éventuellement de calculer
l'énergie d'activation.
Toutes les mesures électriques ont été réalisées en collaboration avec Monsieur
L. Lebrun, Maître de Conférences à l'INSA, au Laboratoire Génie Electrique et
Ferroélectricité dirigé par le Professeur P. Gonnard.

4.2 Protocole expérimental
Comme cela a déjà été signalé auparavant, les hydrures et les hydrurofluorures que
nous manipulons présentent une grande réactivité vis à vis de l'humidité de l'air ambiant. Cela
implique dans l'étude de leurs propriétés électriques de réaliser en premier lieu une cellule de
mesures parfaitement étanche et qui le reste même à température élevée.
4.2.1 La cellule de mesures
En nous inspirant des précédentes réalisations d'enceintes destinées à des mesures
électriques [8] [39] [40], nous en avons conçu une nouvelle pour nos besoins, plus facilement
manipulable en boîte à gants et adaptée à nos dimensions de pastille d'échantillons.
La Figure 4.1 schématise la cellule de mesures. L'enveloppe est entièrement en
acier inoxydable. Elle peut être portée à des températures élevées (plus de 500°C), son
couvercle où passent les fils de mesure étant refroidi par circulation d'eau.
A ces températures, les différences de coefficients de dilatation des matériaux
constituant l'environnement proche de l'échantillon prennent de l'importance.
Le porte-échantillon proprement dit est conçu de la manière suivante : la pastille de produit
est placée entre deux électrodes en acier inoxydable qui sont recouvertes de feuille d'or. Ces
électrodes se logent dans une pièce en céramique usinable (Macor®) afin d'isoler le système
à analyser et d'avoir un parfait ajustement. Cette pièce est elle-même placée dans une presse
miniature en laiton. Le contact entre l'électrode et l'échantillon s'effectue grâce à un ressort
dont l'élasticité compense les effets de dilatation.
La température est contrôlée par un thermocouple en chromel-alumel situé dans la
pièce en Macor®, au plus près de l'échantillon.
Le chauffage est assuré par un four à résistance dans lequel est placée la cellule de
mesures décrite ci-dessus.

Figure 4.1 : Représentation schématique de la cellule de mesures
Arrivée de gaz
Circulation d'eau
Ressort de pressage
Tige en acier
inoxydable
Pièce isolante
en Macor®
Electrodes
Vis de serrage
Borne coaxiale
Joint torique
Fil conducteur
Tube
Echantillon
Thermocouple

4.2.2 Etalonnage de la cellule
La cellule a été étalonnée avec une capacité connue, en l'occurrence
de 39 pF, placée entre les deux électrodes. On effectue un "blanc"
correspondant à la valeur de la capacité de la cellule à vide en laissant le
circuit ouvert puis en le court-circuitant. Ceci représente la compensation de
la cellule de mesures.
4.2.3 Mode opératoire
Les opérations de préparation des échantillons et de montage de la cellule sont
effectuées en boîte à gants.
Les produits sont compactés sous 6 tonnes-force sous forme de pastille de 8,00
mm de diamètre (par construction de la matrice) et de 0,90 à 1,40 mm d'épaisseur (mesurée à
0,01 mm près dans la boîte à gants).
Les mesures électriques sont réalisées pour un cycle de température entre 25 et 250
°C, température au-delà de laquelle une décomposition de nos échantillons est à craindre.
Le principe de la mesure consiste à suivre en fonction de la température les
variations de la capacité Cp * et des pertes diélectriques, tg δ, d’un condensateur constitué par
une pastille d’échantillon comprimée entre deux électrodes.
Nous avons préféré cette méthode plutôt que celle du tracé des diagrammes d'impédance ou
d'admittance complexe. En effet, ces dernières ne sont exploitables que si l'on peut distinguer
le domaine de fréquence où apparaissent les phénomènes de polarisation diélectrique et de
conductivité spécifique propre à l'électrolyte. Cherchant à déterminer la conductivité puis
l'énergie d'activation, la méthode employée nous a paru la plus adaptée à notre étude.
* Attention, ne pas confondre avec le symbole de la capacité calorifique Cp !