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Supercritical fluids synthesis of BaTiO3 based nanoparticles: study of the particles growth mechanisms, powder processing and ferroelectric properties

Philippot, Gilles :
Supercritical fluids synthesis of BaTiO3 based nanoparticles: study of the particles growth mechanisms, powder processing and ferroelectric properties.
Bordeaux University (France) and Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Supercritical fluids synthesis of BaTiO3 based nanoparticles: study of the particles growth mechanisms, powder processing and ferroelectric properties
Language: English
Abstract:

In a context where the electronic is at the center of our society, the production of more compact and multifunctional devices focuses the research efforts. To answer to the expectations, one option is to improve the volume efficiency of passive components such as capacitors using dielectric nanoparticles such as BaTiO3. First, the objective is to optimize the synthesis of BaTiO3 nanoparticles and understand their formation in supercritical fluids. To do this, we combined conventional ex situ analyses such as X-ray diffraction, electronic microscopy, infrared and Raman spectroscopies with in situ synchrotron wide angle X-ray scattering analyses. This was then transferred to the development of Ba1-xSrxTiO3 (0 ≤ x ≤ 1) and BaTi1-yZryO3 (0 ≤ y ≤ 1) solid solutions. Once the syntheses were optimized, using spark plasma sintering (SPS), we processed the powders into dense and nanostructured ceramics keeping the starting particles size (20 nm), to study the materials intrinsic properties at the nanoscale. Finally, knowing the nanoparticles properties, we could start to develop hybrid dielectric materials for flexible electronics.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Dans un contexte où l’électronique est au centre de notre société, la production d’appareils de plus en plus compacts et multifonctionnels concentre les efforts en recherche et développement. Pour répondre à cette attente, une des options est d’augmenter le rendement volumique des composants passifs tels que les condensateurs, en se basant sur l’utilisation de nanoparticules diélectriques du type BaTiO3. Dans un premier temps, l’objectif est d’optimiser la synthèse des nanoparticules de BaTiO3 et de comprendre leurs mécanismes de formation en milieux fluides supercritiques. Pour ce faire nous avons combiné des méthodes d’analyses ex situ telles que la microscopie électronique, la diffraction des rayons X, et les spectroscopies Raman ou infra rouge à des mesures in situ synchrotron de diffraction des rayons X aux grands angles. L’étude a par la suite été transposé à l’élaboration de la totalité des solutions solidesBa1-xSrxTiO3 (0 ≤ x ≤ 1) et BaTi1-yZryO3 (0 ≤ y ≤ 1). Une fois les synthèses optimisées, l’utilisation du spark plasma sintering (SPS) nous a permis de mettre en oeuvre des céramiques denses et nanostructurées, préservant la taille initiale des particules (20 nm), ceci afin d’étudier les propriétés intrinsèques des matériaux à l’échelle nanoscopique. Enfin, connaissant les propriétés de base de ces nanomatériaux, nous avons pu commencer à développer des matériaux hybrides diélectriques pour l’électronique flexible.French
Im Zusammenhang mit unserer elektronisch geprägten Gesellschaft rückt die Produktion von kompakteren und multifunktionelleren Bauelementen immer mehr in den Fokus der Forschung. Eine Möglichkeit, um den Anforderungen gerecht werden zu können, ist eine Optimierung der Volumeneffizienz passiver Bauelemente (z.B. Kondensatoren) durch den Einsatz von Nanopartikeln wie z.B. BaTiO3. Zunächst ist es das Ziel, die Synthese von BaTiO3 Nanopartikeln zu optimieren und deren Bildung in Superkritischen Fluiden zu verstehen. Dafür werden konventionelle ex situ Analysen wie die Röntgenstrahlbeugung, Elektronenmikroskopie, Infrarot- und Ramanspektroskopie mit der in situ Analyse durch Synchrotron-Weitwinkel-Röntgenbeugung kombiniert. Das daraus gewonnene Wissen wird anschließend auf die Entwicklung von Ba1-xSrxTiO3 (0 ≤ x ≤ 1) und BaTi1-yO3 (0 ≤ y ≤ 1) Mischkristalle übertragen. Nach Optimierung der Synthese durch den Einsatz von Spark Plasma Sintern (SPS) wurden die Puder unter Beibehaltung einer Anfangskorngröße von (20 nm) zu dichten und nanostrukturierten Keramiken verarbeitet, um die intrinsischen Materialeigenschaften auf der Nanoskala zu untersuchen. Bei bekannten Eigenschaften der Nanopartikel kann mit der Entwicklung von dielektrischen Hybridmaterialen für flexible Elektronik begonnen werden.German
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Dielectric, supercritical fluids, BaTiO3, nanostructures ceramics, hybrids.
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Diélectrique, fluides supercritiques, BaTiO3, céramiques nanostructurées,hybrides.French
Dielektrisch, Superkritische Fluide, BaTiO3, keramische Nanostrukturen, HybrideGerman
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
Date Deposited: 25 Apr 2016 07:01
Last Modified: 25 Apr 2016 07:01
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-51940
Referees: Maglione, Dr. Mario and Jakoby, Prof. Rolf and Aymonier, Dr. Cyril and Walton, Prof. Richard and Alguero, Dr. Miguel and Elissalde, Dr. Catherine and Ibanez, Dr. Alain and Etourneau, Prof. Jean and Rouge, M. Fabien
Refereed: 16 October 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5194
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