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MATS8AA

Matériaux diélectriques: des propriétés aux applications

Crédits : 2 ECTS

Durée : 21 heures

Semestre : S8

Responsable(s) :

Emilie GAUDRY, Maître de Conférences, emilie.gaudry@mines-nancy.univ-lorraine.fr 

Mots clés :  Matériaux diélectriques, propriétés, applications

Pré requis :  physique du solide (SM033), cristallographie (SM032)

Objectif général : Acquérir les bases nécessaires pour être capable de suivre les innovations technologiques dans le domaine des diélectriques

 

Programmes et Contenus

Les propriétés diélectriques des matériaux sont parmi celles qui sont connues depuis l'Antiquité; Les matériaux diélectriques connaissent par ailleurs un développement considérable, dû en particulier à l'impact croissant des technologies liées à l'électronique: un téléphone mobile peut contenir jusqu'à quelques centaines de condensateurs! Outre leurs applications dans le domaine de l'électronique (condensateur haute performance, isolant), ces matériaux sont utilisés pour leurs propriétés piézoélectriques (détecteur de choc et d'accélération, sonar, haut-parleur...), pour leurs propriétés pyroélectriques (détecteur incendie, imagerie infrarouge), ou pour leurs applications en optique (fibre optique, matériaux biréfringents).

Le programme de ce module inclut les thèmes suivants:

(i) Étude macroscopique des matériaux diélectriques, polarisation.

(ii) Mécanismes de polarisation.

(iii) Aspects dynamiques de la polarisation, relaxation, résonance.

(iv) Les matériaux diélectriques réels: pertes diélectriques, claquage diélectrique.

(v) Matériaux ferroélectriques, piézoélectriques, pyroélectriques.

(vi) Propagation des ondes optiques dans les matériaux diélectriques.

À l'issue du module, les élèves doivent :
(i) être capable de citer et de décrire les différents types de matériaux diélectriques,
(ii) être capable de relier les propriétés macroscopiques des diélectriques aux mécanismes de polarisation,
ce qui leur permettra d'être capable d'expliquer la variation de grandeurs diélectriques macroscopiques en
fonction de la température, et de la fréquence du champ électrique appliqué,
(iii) être capable de présenter des applications technologiques de matériaux diélectriques.

L'évaluation finale prend en compte la participation en cours et en TD, ainsi que la réussite à deux tests et la qualité d'un exposé que les étudiants ont à présenter par binôme:
(i) Le premier test, assez court, permet d'évaluer les connaissances des élèves, leur compréhension du cours et leur capacité à appliquer de petits raisonnements simples.
(ii) Le second test, plus long, rédigé sous forme de problème, permet d'évaluer la capacité d'analyse des
étudiants, et leur capacité à appréhender un système complexe.
(iii) L'exposé évalue les capacités d'analyse et de synthèse des étudiants sur un sujet donné, ainsi que leurs capacités à communiquer oralement sur un sujet scientifique. Les sujets proposés sont choisis parmi les applications des diélectriques.

Compétences : 

Niveaux

Description et verbes opérationnels

Connaître 

Les différents types de matériaux diélectriques

Les différents modèles abordés en cours pour les décrire ou décrire leurs propriétés

Les mécanismes de polarisation et la dynamique associée

Comprendre 

Le lien entre la structure (atomique et électronique) des matériaux diélectriques à l'échelle atomique et les propriétés diélectriques correspondantes

Les différents modèles fondamentaux développés dans le module, ainsi que leurs hypothèses et la validité des prévisions qu'ils permettent d'obtenir. 

Appliquer 

Les méthodes générales vues en cours pour comprendre, utiliser, voire prédire, une propriété diélectrique donnée.

La méthode de préparation et présentation d'un exposé scientifique sur un sujet en lien avec les applications scientifiques et technologiques des matériaux diélectriques.


Analyser 

Les notions vues en cours

Un problème donné

Synthétiser

Les informations rassemblées pour la préparation d'un exposé sur un sujet en lien avec les applications scientifiques et technologiques des matériaux diélectriques. 

Les données décrivant un matériau ou une application diélectrique

Évaluer

La pertinence d'un résultat.

Les ordres de grandeur.

Évaluations :

  • Test écrit
  • Contrôle continu
  • Oral, soutenance
  • Projet
  • Rapport
  • Aucune étiquette