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Modélisation de l'amortissement actif-passif des structures sandwichs / Activ-passiv damping modeling for sandwich structures

Boudaoud, Hakim 30 November 2007 (has links)
Durant la dernière décennie, le contrôle du bruit et des vibrations est devenu l'une des préoccupations majeures dans l'industrie. Parmi les solutions dites passives, il est courant d'utiliser des tôles sandwichs avec un cœur viscoélastique qui introduit la fonction amortissante. Ce genre de structure offre d'importants avantages technologiques (faible poids, grande rigidité…). Parmi les solutions actives, l'utilisation, pour le contrôle des vibrations, de couches ou patchs piézoélectriques se généralise du fait de leurs propriétés intrinsèques supérieures à celles des autres solutions et de leurs facilités de mise en œuvre. Le couplage de ces deux types de solutions appelé amortissement hybride permet un contrôle multi-mode. Ce couplage peut être réalisé à l'aide de sandwich piézoélectrique et viscoélastique dont la modélisation des propriétés amortissantes pose deux types de problèmes: le premier est lié à la matrice de rigidité de ces structures, qui est complexe et dépendante de la fréquence et du contrôle. Cette dépendance implique que le problème des vibrations propres est un problème aux valeurs propres non linéaires, ce qui rend difficile la recherche des modes et fréquencespropres et l'analyse des vibrations non linéaires. Le second problème est lié au modèle qui devrait être capable de rendre compte du cisaillement dans la couche centrale, en permettant des modélisations à faible coût de calcul. Dans nos travaux nous avons mis en place des modèles analytiques et numériques (élément finis et méthode de calcul) pour faciliter la modélisation de ce genre de structures et l'analyse du couplage de l'amortissement actif et passif / Since the last decade, active and passive control of noise and vibration became a main issue in industrial application. Concerning passive solutions, sandwich panels and beams with viscoelastic core layer are used in many applications for vibration and noise control thanks to their superior capability in energy absorption. In active control, piezoelectric layers and patch are most widely used due to their effectiveness. Coupling both control types, in the so named ”hybrid control”, results in multi-modal vibration control. Using sandwich panels, this coupling leads to some identified problems. The first one is that the global stiffness matrix is complex, frequency and control dependant, leading to a non linear eigenvalue problem. The second problem is that the model should take into account the viscoelastic shear effect. In this work, analytical and numerical models and methods are developed for determining the modal properties, frequency and hybrid damping introduced by viscoelastic and piezoelectric sandwich structure
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Modélisation et caractérisation de nouveaux matériaux piézoélectriques (sans plomb et composites de connectivité 1-3) pour la transduction ultrasonore / Modelling and characterization of a new piezoelectric materials (lead-free and 1-3 piezocomposite) for ultrasonic transducer

Rouffaud, Rémi 18 December 2014 (has links)
Depuis plusieurs décennies, les matériaux piézoélectriques à base de plomb dominent le marché de la transduction électromécanique du fait de leurs très hautes performances. Or, au début du XXIème siècle, de nouvelles restrictions européennes apparaissent, poussant à faire disparaître définitivement l’usage de ce matériau dangereux pour l’environnement et la santé. À partir de là, une course est lancée dans la communauté scientifique qui doit trouver de nouveaux matériaux sans plomb aux performances équivalentes. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce challenge. Le matériau piézoélectrique sans plomb KNbO3 a été identifié comme une réelle alternative. Ses caractéristiques sont déterminées en prenant en compte la cohérence de l’ensemble qui est une nouvelle problématique soulevée par les utilisateurs de ces données de matériau. En effet, le résultat des simulations numériques faites par la méthode des éléments finis, entre autres, est sensible à cette absence de cohérence. Partant de ce travail, il est alors possible de simuler correctement, et grâce aux éléments finis, le comportement électromécanique d’une nouvelle structure pseudo-périodique de composite piézoélectrique de connectivité 1-3 conçue pour s’affranchir de limites de fonctionnement actuelles. Les résultats théoriques sont également validés expérimentalement. Enfin, un algorithme de caractérisation multimodale et multiphasique, basé sur l’algorithme génétique, a été réalisé pour obtenir les propriétés de ces matériaux piézoélectriques après leur usinage nécessaire à leur intégration dans un transducteur ultrasonore. Cela permet d’adapter les pièces périphériques à ces nouvelles caractéristiques pour une optimisation ultime des performances des transducteurs finaux fabriqués au cours de cette thèse. / Piezoelectric ceramics have been on the market for several decades and their use keeps growing. Nowadays, these materials are included in a wide range of devices, in particular for ultrasonic applications. Since the discovery of lead zirconium titanate (PZT) sixty years ago, a wide range of derived compositions coupled to efficient manufacturing processes have been developed to enable their use in many devices. Thus, PZT ceramics are the most used piezoelectric materials, although the presence of lead in their composition is a growing health and environmental concern. Consequently, since 2003, E.U. has voted guidelines for the management of Waste Electrical and Electronic Equipment at the end of its lifecycle (WEEE) and Restrictions (Hazardous Substances, R0HS). In addition, in December 2012, the European CHemicals Agency (ECHA) added PZT in candidate list of the REACH directive. Similar steps are also followed by many countries in Asia and North America. In this international context, research on lead-free piezoelectric materials and their applications becomes a major issue. This thesis focuses specifically on ultrasonic transducer applications (medical imaging and underwater acoustics) with, at f irst, functional characterization of lead-free piezoelectric materials. To this end, the KNbO3 Iead-free single crystal is selected in its specific cutting (YXt)-45° which provides a coupling coefficient k (in thickness mode) of 60%. A characterization of this material is carried out to provide a complete and consistent set of electromechanical properties, and thus avoid calculation errors during the simulation stage of the transducer. Its performance is demonstrated through its integration in a 30 MHz ultrasound probe to obtain images of human skin in vivo.
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Modélisation par une méthode pseudospectrale : différences-finies et fabrication de transducteurs ultrasonores pour l'imagerie médicale haute résolution

Filoux, Erwan 07 April 2009 (has links)
L'imagerie ultrasonore haute résolution est aujourd'hui indispensable à l'établissement de nombreux diagnostics médicaux. Elle est basée sur l'utilisation de transducteurs piézoélectriques haute fréquence (HF) qui sont fabriqués à l'aide de matériaux et de techniques adaptés. L'optimisation de leurs performances nécessite en général l'utilisation de plusieurs modèles numériques pour simuler à la fois la vibration du résonateur et son rayonnement. Ce travail de thèse présente un nouvel algorithme basé sur un couplage pseudospectral / différences-finies, permettant de modéliser la génération et la propagation des ondes acoustiques dans un transducteur et son environnement avec un seul modèle. Cet algorithme hybride a été utilisé pour simuler le fonctionnement de différents transducteurs fabriqués au cours de cette thèse. Les résultats ont été validés de façons théorique et expérimentale, et ils ont permis d'étudier les influences de différents paramètres sur les performances des transducteurs fabriqués / High resolution ultrasonic imaging has become an essential tool to assist physicians for various medical diagnoses. This technique relies on the ability of piezoelectric transducers to generate a high frequency (HF) acoustic field into the scanned media. Such transducers are obtained using particular materials and fabrication processes.They are optimized through modeling of their electromechanical behaviour and acoustic radiation pattern, which usually requires the use of several models. A new algorithm has been developped and is presented in this report, which is based on the coupling of pseudospectral and finite-diffrence methods to simulate both the generation and the propagation of acoustic waves in the transducer and the surrounding media, using a single model. This hybrid algorithm has been used to simulate various transducers and the results were accordingly compared to theory and experiments. It has also been used to study the influence of various parameters on the performance of several single-element and array transducer devices.
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Conception et réalisation d'un système de micromanipulation contrôlé en effort et en position pour la manipulation d'objets de taille micrométrique.

Haddab, Yassine 22 December 2000 (has links) (PDF)
La micromanipulation constitue l'une des fonctions principales de la microrobotique. Elle concerne la manipulation d'objets dont la taille est comprise globalement entre 1 µm et 1 mm. La maîtrise de la manipulation d'objets à ces dimensions représente des enjeux stratégiques et économiques majeurs. La conception et la réalisation de micromanipulateurs se heurtent à un grand nombre de difficultés liées d'une part aux problèmes de fabrication et d'autre part à la complexité des interactions qui se produisent dans le micromonde. Le travail mené dans le cadre de cette étude concerne la conception et la réalisation d'un système de micromanipulation constitué d'une micropince à actionneurs piézoélectriques et d'un micropositionneur utilisant des fils en alliage à mémoire de forme (AMF). La micropince, pour laquelle un modèle physique du comportement dynamique à été développé, est caractérisée par une résolution de positionnement de chaque doigt meilleure que 10 nm, largement compatible avec l'exécution de tâches dans le micromonde. Elle permet également la mesure ou l'estimation des forces exercées sur les objets manipulés. Cette propriété est particulièrement intéressante lorsqu'il s'agit de saisir des micro-objets fragiles (organismes biologiques, microcomposants optiques, électroniques...). Le micropositionneur réalisé est constitué d'une table de micropositionnement et d'un bras portant la micropince. Un microobjet peut être déplacé dans un volume de 6 mm3 avec une résolution de 1 µm. Plusieurs essais de micromanipulation ont été réalisés avec succès. Le système conçu est caractérisé par une grande simplicité de réalisation et par un coût extrêmement bas ce qui permet d'envisager son utilisation dans des applications industrielles et biomédicales.
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Design, Optimization and Evaluation of an Extracorporeal Piezoelectric Lithotripter / Conception, optimisation et évaluation d'un lithotriteur piézoélectrique extracorporel

Thomas, Gilles 25 February 2019 (has links)
Les lithiases urinaires peuvent affecter le rein, l'uretère ou la vessie, et affectent en moyenne, au moins une fois durant leur vie, 1 personne sur 11 aux Etats-Unis. La lithotritie extracorporelle est une technique largement répandue dans le monde qui consiste à focaliser des ondes de choc acoustiques de haute intensité sur les lithiases afin de les briser. Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'optimisation de la lithotritie piézoélectrique, à la fois dans sa conception mais aussi dans son efficacité, tout en réduisant son coût de fabrication. Premièrement, une étude de l'état de l'art de la lithotritie a été réalisée, suivie par des expériences sur des lithotriteurs commerciaux et expérimentaux afin de déterminer les différents axes de recherche de la thèse. Ensuite, une optimisation des éléments piézoélectriques d'un lithotriteur a été réalisée afin d'obtenir un traitement plus performant. Finalement, des lithotriteurs composés de transducteurs piézoélectriques focalisés grâce à des lentilles optimisées ont été conçus et fabriqués. Leurs champs acoustiques, leurs effets sur la cavitation et leur efficacité à fragmenter des lithiases artificielles ont été évalués. Les lithotriteurs résultant ont montré des performances équivalentes à des lithotriteurs commerciaux existant, tout en permettant un traitement plus flexible que ces derniers / Kidney Stones can be found in the kidney, ureter, or in the bladder, and affect about 1 in 11 people at least once in a lifetime in the US. Extracorporeal shock wave lithotripsy is a widely used technique where high intensity acoustic pulses are focused toward kidney stones in order to break them. The work presented in this thesis focus on optimizing piezoelectric lithotripter, both in design and efficiency, in order to have more efficient treatment while also being less costly. First, a study of the current state of lithotripsy was made, followed by experiments on commercial and experimental lithotripters in order to define properly the different parameters to be worked on. From this, it was decided to optimize the current piezoelectric elements in the lithotripter to obtain a more efficient treatment. Then, a lithotripter using optimized lens focused piezoelectric transducers set in confocal setups was designed and manufactured. Its acoustic characterization, effect on cavitation and model stone fragmentation efficiency were evaluated. The resulting lithotripter showed performances equivalent to existing commercial lithotripter, while allowing more flexible treatment than traditional lithotripter
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Modélisation de l'admittance électrique de cubes piézoélectriques : application à la caractérisation fonctionnelle de céramiques / Electrical admittance model of piezoelectric parallelepipeds : application to tensorial characterization of piezoceramics

Diallo, Oumar 28 June 2013 (has links)
Ce travail a pour objectif la détermination des propriétés fonctionnelles des matériaux piézoélectriques : les coefficients de couplage, les constantes élastiques, piézoélectriques et diélectriques, de même que les pertes électriques et mécaniques. De nos jours, les techniques conventionnelles d’identification de ces paramètres utilisent plusieurs échantillons. Dernièrement le laboratoire a développé (Delaunay et al.) une méthode ultrasonore de caractérisation de matériaux piézoélectriques permettant de déterminer ces propriétés à partir d’un seul échantillon. Cette méthode, basée sur la spectroscopie de résonance ultrasonore, examine les modes de vibrations d’un cube piézoélectrique et extrait des résonances mécaniques mesurées par interférométrie Laser les propriétés électromécaniques de l’échantillon. Dans ce travail, cette méthode a été modifiée afin d’obtenir les propriétés électromécaniques des matériaux à partir d’une seule mesure d’impédance électrique. Dans un premier temps, le problème direct est résolu ; les fréquences propres et les modes propres d’un cube sont modélisés par une méthode variationnelle ; les champs de déplacement et l’admittance électrique sont calculés en fonction de la fréquence. La géométrie étant fixée, forme cubique, l’admittance dépend seulement des propriétés du matériau et des conditions de métallisation de l’échantillon. La méthode est validée à travers la caractérisation d’un cube de PMN-34,5PT dont les propriétés sont connues. Les mesures électriques de l’impédance de l’élément sont comparées au spectre d’admittance prédit par la théorie. Les vitesses de vibration du matériau sont également mesurées et comparées aux résultats donnés par les modèles existants. La résolution du problème inverse, permet de déterminer les propriétés d’un matériau inconnu, à travers la convergence de courbe d’admittance théorique vers celle expérimentale. Les propriétés du PZ-21 sont extraites grâce à cette procédure. Une discussion sur ces valeurs et une comparaison avec celles de la littérature permet de valider les résultats obtenus. / This work deals with the determination of electromechanical properties of piezoelectric materials: coupling coefficients, elastic, dielectric and piezoelectric constants, electrical and mechanical losses. Until now, several samples are needed in conventional techniques to perform the complete identification of the material properties. Recently, Delaunay et al. proposed an ultrasonic protocol allowing the determination of these characteristics from only one sample. This method, referred to as Resonant Ultrasound Spectroscopy, is based on the comparison of the mode shapes and frequencies of modeled vibration modes of piezoelectric parallelepipeds with experimental data measured by Laser interferometry. It is here modified to obtain the electromechanical properties from electrical impedance measurements only. The direct problem is first solved: the resonance modes of a two face metalized piezoelectric cube are modeled and both mechanical displacements and electrical impedance are calculated as functions of the frequency. The method is first applied for validation on a PMN-34.5PT material with known properties. Electrical impedance and mechanical velocity measurements are performed and their agreement to the theoretical predictions is discussed. In order to determine the properties of unknown materials, the inverse problem is solved by fitting the theoretical impedance curves to experimental ones. This procedure is then applied to the identification of the properties of PZ-21. The results are discussed and compared to data from the literature.
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Pb(Yb½Nb½)O₃-PbTiO₃ : a model solid solution for the study of the different polar orders / Pb(Yb½Nb½)O₃-PbTiO₃ : une solution solide modèle pour l'étude des différents ordres polaires

Cochard, Charlotte 16 April 2015 (has links)
Les matériaux piézoélectriques ont été étudiés en détails du fait de la versatilité des applications industrielles possibles (accéléromètres, gyroscopes ou transducteurs). Les bonnes propriétés piézoélectriques (d33=510pC/N) de Pb(Yb½Nb½)O₃-PbTiO₃ (PYN-PT) et sa haute température de Curie (~370°C à la MPB). Cette solution solide entre une double pérovskite (ordonné sur le site B) et le titanate de plomb est remarquable, du fait qu'elle présente tous les ordres polaires à température ambiante: antiferroélectricité, ferroélectricité et des propriétés relaxeurs.Dans le cadre de ce travail de thèse, je présente les résultats obtenus sur des céramiques de PYN-PT de diverses compositions à travers le diagramme de phase. A partir des mesures de diffractions de rayons X et de diffusion neutronique, de spectroscopie diélectrique ainsi que des mesures piézoélectriques et ferroélectriques, un nouveau diagramme de phase sera proposé.Cette étude minutieuse du diagramme de phase a montré que celui-ci est plus compliqué que ce que laissait apparaître la littérature. En particulier, la structure de l'antiferroélectrique PYN est particulière en comparaison des autres pérovskites antiferroélectriques au plomb. En effet, dans PYN, les atomes de plomb sont déplacé suivant la direction du vecteur de modulation et les cations B sont en dehors de leurs positions prototypiques et participe à l'ordre antipolaire observé.De plus, la zone morphotropique (x _0.50) s'étale sur une zone en compositions beaucoup plus grande que ce qui a été observé dans d'autres solutions solides à base de plomb. Dans la zone pauvre en PT de la zone morphtropique, l'absence de phase rhomboédrique (attendue par analogie avec les autres systèmes au plomb) a été démontré.D'autre part, parmi les compositions présentant des propriétés relaxeurs, des différences sont apparues et il est proposé que, dans la solution solide PYN-PT, plusieurs types de relaxeurs existent.Finalement, je propose un modèle expliquant continument le changement d'ordre polaire dans le diagramme de phase. Ce modèle est basée sur la corrélation des déplacements de plomb induite par la nature chimique et l'arrangement cationique du site B. / Piezoelectricity has attracted a considerable amount of work due to the variety of possible applications such as accelerometers, gyroscopes or transducers. Pb(Yb½Nb½)O₃-PbTiO₃ is long known to have large piezoelectric properties (d33=510pC/N) and a relatively high Curie temperature (_370°C at the MPB).This solid solution between a double (B-site ordered) perovskite (Pb2YbNbO6) and lead titanate is remarkable, in the sense that it presents all polar orders. Indeed, depending on the composition, the solid solution can exhibit at room temperature: antiferroelectric, classical ferroelectric or relaxor properties. In this work, I will present results obtained on PYN-PT ceramics of various compositions spanning the phase diagram. From experiments using X-ray diffraction and neutron scattering, dielectric spectroscopy, as well as piezoelectric and ferroelectric measurements as a function of temperature, a new phase diagram is proposed. This thorough study of the phase diagram of PYN-PT has revealed a more complex phase diagram than what was reported in the literature. In particular, the structure of the antiferroelectric PYN is peculiar compared to the other Pb-based antiferroelectric. Indeed, in PYN, the Pb atoms are displaced along the direction of the modulation vector and that the B cations are not in their prototypic positions and take part in the antipolar order observed.Moreover, the morphtropic phase boundary (x _0.50) extends over a larger compositional range than what was observed in other Pb-based solid solution. In the PT-poor side of the morphtropic phase boundary, the absence of the expected rhombohedral phase (by analogy with the other Pb-based solid solutions) was demonstrated. Furthermore, among the compositions presenting relaxor properties, differences have arisen and I suggest that several types of relaxors exist, in the PYN-PT solid solution. Finally, I will propose a model explaining continuously the change of polar order through out the phase diagram. This model is based on the correlation of Pb displacements induced by the chemical nature and the cationic arrangement on the B site.
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Etude de nanocomposites hybrides en vue d'application dans les microsystèmes : de la synthèse des nanoparticules à l'élaboration de films minces piézoélectriques / Study of hybrid nanocomposites for application in microsystems: from nanoparticles synthesis to piezoelectric thin films elaboration

Eschbach, Julien 24 June 2009 (has links)
L'objectif de ce travail est l'élaboration de nouveaux matériaux nanocomposites hybrides à propriétés spécifiques (piézoélectricité, optique non-linéaire). Dans un premier temps, des modèles numériques simples portant sur les propriétés mécaniques des nanocomposites sont présentées, ainsi que des simulations de déformation réalisées sur les nanocomposites à nanoparticules piézoélectriques. Les résultats expérimentaux de caractérisation mécanique (par spectrométrie Brillouin) et tribologique de différents nanocomposites sont exposés, y compris de nanocomposites réalisés au sein du laboratoire. L'influence des nanoparticules et de leur fonctionnalisation sur la matrice polymère y est discutée, et en particulier leur incidence sur les volumes libres dans les nanocomposites. Plusieurs procédés de synthèse de nanoparticules aux propriétés piézoélectriques ont parallèlement été étudiées. En particulier, un protocole de synthèse de nanoparticules de LiNbO3 a été mis au point. Ces nanoparticules ont été caractérisées par des techniques structurales, chimiques et d'imagerie. Enfin, ces travaux ont conduit à l'élaboration de films nanocomposites à matrice PVDF-TrFE incorporant des nanoparticules produites en laboratoire ou d'origine commerciale. Les méthodes de polarisation des films sont décrites, et les propriétés piézoélectriques de ces films nanocomposites ont été mesurées. Plus particulièrement, des films nanocomposites PVDF-TrFE/Al2O3 polarisés présentant une bonne réponse piézoélectrique ont été élaborés. / This work aims at the elaboration of new hybrid nanocomposites with specific properties (piezoelectricity, non-linear optic). First, simple numeric modelings on mechanical properties of nanocomposites are presented, as well as simulation of deformation in nanocomposites with piezoelectric nanoparticles. Experimental results on tribological and mechanical (performed by Brillouin Spectroscopy) characterization of different nanocomposites are exposed. The influence of nanoparticles and their fonctionalization on the polymer matrix is discussed, and in particular the incidence on free volume in nanocomposites. Several piezoelectric nanoparticles synthesis processes have been also studied. In particular, a LiNbO3 nanoparticles synthesis protocol has been worked out. These nanoparticles were characterized by structural, chemical and imaging techniques. Finally, these works leads to the elaboration of PVDF-TrFE matrix thin films nanocomposites filled with commercial or produced in laboratory nanoparticles. The methods used to polarize the films are described. The piezoelectric properties of the nanocomposites have been measured. More particularly, PVDF-TrFE/Al2O3 nanocomposites thin films with a good piezoelectric response have been elaborated.
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Dépôt par pulvérisation magnétron de couches minces de nitrure d'aluminium à axe C incliné en vue de la réalisation de dispositifs à ondes acoustiques vibrant en mode de cisaillement / Magnetron Pulverisation growth of thin aluminium nitride films for shear wave acoustic systems

Fardeheb-Mammeri, Amina-Zahia 11 June 2009 (has links)
L'excitation et la propagation des ondes de cisaillement dans les dispositifs à ondes acoustiques de surface SAW à base de nitrure d'aluminium, en milieux liquides, nécessitent l'inclinaison de l'axe c dans la structure hexagonale. Le but de cette étude était de déposer des couches minces d'AlN à axe c incliné par la technique de pulvérisation magnétron sans aucune modification du dispositif de pulvérisation, le substrat et la cible n'ayant subi ni inclinaison ni décalage. Il a été possible, par une approche basée seulement sur la variation des paramètres de croissance, de déposer des couches minces piézoélectriques avec un angle d'inclinaison de 13°±2° dans des conditions de haute pression (0.8 Pa) et basse température (300°C). Une couche de SiO2 a été également déposée afin de favoriser la croissance inclinée des grains et par conséquent de celle des colonnes. Les couches déposées présentent une grande homogénéité de l'épaisseur sur 75% d'un substrat de silicium de 3 pouces. Après la détermination des paramètres optimaux de « croissance inclinée », nous avons réalisé un dispositif à onde acoustique de surface fonctionnant en mode de cisaillement avec lequel nous avons démontré la possibilité d'exciter les ondes de cisaillement dans un dispositif de type AlN/Si02/Si à 486.2 MHz avec une vitesse de propagation d'environ 5835m/s et un facteur de couplage électromécanique de 0.014%. La réponse électrique est fort intéressante si on tient compte du faible couplage électromécanique dû au substrat utilisé. / The excitation and propagation, in liquid media, of shear waves in surface acoustic wave (SAW) devices based aluminum nitride (AlN) require the inclination of the c axis in the hexagonal structure. The purpose of this study was to deposit tilted c-axis AlN thin films by magnetron sputtering technique without any modification of the deposition system. The search approach was based only on the optimisation of deposition parameters. Substrate and the target were not inclined or shifted. It has been possible through an approach based solely on changes in growth parameters, to deposit thin piezoelectric layers with an inclination angle of 13 ° ± 2 ° under conditions of high pressure (0.8 Pa) and low temperature ( 300 ° C). A thin layer of SiO2 was also introduced to enhance the growth of tilted grains and therefore the columns. The deposited layers have a homogeneous thickness of 75% of a silicon substrate of 3 inches. After determining the optimal parameters leading to growth AlN film with tilted c-axis, we achieved a SAW device and hence demonstrate the ability to excite shear waves in AlN/Si02 /Si SAW structure. The performed device operate at 486.2 MHz corresponding to an acoustic velocity of about 5835m/s and an electromechanical coupling coefficient of 0.014%. The obtained electrical response is very interesting if we take into account the low electromechanical coupling of the structure due to the used substrate.
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Influence des propriétés de céramiques piezoélectriques sur des mesures ultrasonores non-linéaires / Influence of properties of piezoelectric ceramic on nonlinear measurements by ultrasounds

Parenthoine, Denis 08 December 2008 (has links)
Lors de la détection de phénomènes non-linéaires faibles dans les solides, dans le cadre de l’évaluation non-destructive par ultrasons, les non-linéarités des céramiques piézoélectriques, éléments actifs des transducteurs ultrasonores, peuvent introduire des effets parasites. L’objectif de la thèse est de caractériser les propriétés non-linéaires de ces céramiques et de prédire l’influence de celles-ci sur la propagation d’ondes ultrasonores. Une méthode de caractérisation non-linaire basée sur l’analyse de la génération de second harmonique sur un résonateur piézoélectrique sous excitation électrique est ici développée. On montre que l’analyse des taux de distorsions permet de distinguer différentes sources de non-linéarité, mécanique ou électromécanique, impliquées dans la génération harmonique. L’influence de la charge acoustique sur le comportement vibratoire non-linéaire de la céramique est ensuite étudiée. L’ensemble des résultats obtenus est utilisé pour prédire l’influence de la non-linéarité de la céramique piézoélectrique sur la propagation d’ondes acoustiques dans un milieu extérieur. / During the detection of nonlinear phenomena in solids, under the non-destructive evaluation by ultrasound, nonlinearities of piezoelectric ceramics might introduce parasitic effects that could disrupt the measurements. The objective here is to characterize the nonlinear properties of these ceramics and predict their influence on the propagation of ultrasonic waves. A method to characterize nonlinear properties based on the analysis of the generation of second harmonic on a piezoelectric resonator is developed here. It is shown that the analysis of the distortions for a wide range of excitation frequencies, allow to distinguish different sources of nonlinearity. Thereafter, the influence of an acoustic load on the nonlinear behaviour of vibration is studied. Finally, the previous results are used to predict the influence of non-linearity of piezoelectric ceramic on the propagation of acoustic waves in an environment outside.

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