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RÉSUMÉ
La mise au point de procédés industriels et de matériaux pour les nouvelles technologies pour l'énergie fait l'objet d'une recherche dynamique menée au sein du CEA/DAM (Direction des Applications Militaires), notamment via son centre du Ripault. Le procédé jet d'encre est présenté dans cet article en guise d'exemple. Le jet d'encre est une technique qui suscite l'intérêt de nombreux industriels et laboratoires de recherche pour réaliser des motifs de très petite taille (quelques centaines de ?m) à base de matériaux céramiques. La mise au point d'encres inorganiques constitue le verrou principal de cette technologie appliquée aux revêtements céramiques localisés. L'originalité de la démarche décrite réside dans l'utilisation de la chimie sol-gel pour élaborer des encres. Deux exemples sont présentés, un dans le domaine des piles à combustible haute température et l'autre dans celui des sondes haute fréquence pour l'imagerie médicale.
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Philippe BOY : CEA/Le Ripault
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Chrystel AMBARD : CEA/Le Ripault
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Bruno FOUSSERET : CEA/Le Ripault
INTRODUCTION
La mise au point de procédés industriels et de matériaux pour les nouvelles technologies pour l'énergie font l'objet d'une R dynamique menée au sein du CEA/DAM (Direction des Applications Militaires), notamment via son centre du Ripault. Le procédé jet d'encre est présenté dans cet article en guise d'exemple. Le jet d'encre est une technique qui suscite l'intérêt de nombreux industriels et laboratoires de recherche pour réaliser des motifs de très petite taille (centaine de μm) à base de matériaux céramiques. La mise au point d'encres inorganiques constitue le verrou principal de cette technologie appliquée aux revêtements céramiques localisés. L'originalité de la démarche proposée ici réside dans l'utilisation de la chimie sol-gel pour élaborer des encres. Les deux exemples présentés concernent la préparation de solutions sol-gel spécifiques pour des applications dans les domaines des piles à combustible haute température et des sondes « haute fréquence » pour l'imagerie médicale.
Within its Centre Le Ripault, CEA/DAM has been leading an active R for developing manufacturing processes and materials for energy new technologies. One example of process studied at CEA/Le Ripault is presented in this article : inkjet printing. Several industries and research laboratories are interested in the inkjet printing process to realize patterns with high definition (few hundred micrometers) using ceramics materials. Inorganic inks preparation is the aim key to succeed in this technology when applied to patterned ceramic coatings. Here, sol-gel chemistry is an original approach to elaborate inks. Two examples are given here : the first one deals with solid oxidefuel cells, and the last one concerns high frequency transducers for medical imaging.
jet d'encre, dépôts localisés, encre sol-gel, piles à combustible, imagerie médicale
ink jet, sol-gel ink, fuel cell, medical patterned layers imaging
Domaine : traitement de surface, revêtements céramiques
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Procédé jet d'encre
Domaines d'application : micro-piles, cellules photovoltaïques, microélectronique, imagerie médicale
Principaux acteurs français :
Centres de compétence : CEA – Le Ripault
Pôles de compétitivité :
Autres acteurs dans le monde :
Contact : [email protected] ou [email protected]
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5. Exemple 2 : réalisation de barrettes piézoélectriques
Il s'agit de réaliser des barrettes piézoélectriques multiéléments (128) résonnant à haute fréquence (50 MHz). L'application visée est l'imagerie médicale à haute résolution. La technique de dépôt par jet d'encre couplée au procédé sol-gel est ici envisagée pour réaliser des prototypes de sondes haute fréquence. Aujourd'hui, les transducteurs ultrasonores multiéléments sont fabriqués par usinage à la scie en diamant de couches denses de matériaux piézoélectriques déposés par pulvérisation cathodique (PVD) ou par trempage-retrait. La taille minimale des barrettes que l'on peut obtenir est donc mécaniquement limitée, de même que leur résolution. Avec la technologie jet d'encre, et en particulier celle basée sur le principe de la goutte à la demande (Drop On Demand), on espère s'affranchir de ce genre de problèmes grâce à la possibilité de réaliser des dépôts localisés, aux motifs 2D ou 3D, avec une précision de quelques microns. L'utilisation d'un moyen jet d'encre pour la fabrication de barrettes piézoélectriques multiéléments de taille micrométrique laisse entrevoir un gain significatif en résolution.
Les débouchés espérés sont l'échographie haute résolution des couches surfaciques du vivant (œil, peau, petit animal...). C'est un secteur en forte croissance avec des produits à haute valeur ajoutée.
Classiquement, un transducteur ultrasonore se compose de trois parties principales (figure 10) :
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un matériau actif qui peut être soit monoélément, soit multiéléments, et sur lequel sont déposées, en face avant et en face arrière, des électrodes. Dans notre cas, le matériau actif piézoélectrique est le zirconotitanate de plomb (PZT) de formule PbZr0,52Tï0,48 O3 , déposé sous forme de barrettes par un procédé jet d'encre ;
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une lame d'adaptation acoustique qui sert à accommoder les impédances acoustiques du PZT et du milieu biologique ;
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un milieu arrière qui sert à amortir les oscillations résultant des allers-retours successifs de l'onde acoustique.
Une thèse effectuée au CEA – Le Ripault entre 2005 et 2008 par A. Bardaine avait permis de mettre au point, par un procédé sol-gel, un transducteur monoélément...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BARDAINE (A.) - Élaboration de films piézoélectriques de PZT par procédé sol-gel composite : application à la transduction ultrasonore haute fréquence. - Thèse de doctorat, université François Rabelais, Tours (2008).
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(2) - BELLEVILLE (P.), BOY (P.), MONTOUILLOUT (Y.) - Method of preparing a stable lead zircono-titanate sol and method for preparing films based on same. - US Patent US20040014820 (2004).
-
(3) - BOY (P.), BELLEVILLE (P.), BIGARRE (J.), MONTOUILLOUT (Y.) - Stable PZT sol for reparing reproducible high-permittivity perovskite-based thin film. - J. Sol-Gel Sci., Technol, 43, p. 213-221 (2007).
-
(4) - BARDAINE (A.), BOY (P.), BELLEVILLE (P.), ACHER (O.), LEVASSORT (F.) - Improvement of composite sol-gel process for manufacturing 40 mm piezoelectric thick films. - J. Eur. Ceram. Soc., 28, p. 1649-1655 (2008).
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