I.1.3.2. MATERIAUX PIEZO-ELECTRIQUES :
Ces matériaux se présentent le plus souvent sous
forme d'un disque ou d'un anneau sur les faces duquel sont
déposées deux électrodes métallisées.
Lorsqu'une tension électrique est appliquée sur ces deux
électrodes, le matériau se dilate ou se comprime selon
l'orientation de la tension par rapport à la polarisation.
Ces matériaux sont classés en quatre classes
principales : les cristaux qui possèdent une
piézoélectricité naturelle, les céramiques, les
polymères et les composites qui doivent être polarisés.
Avant de les comparer il est nécessaire de définir
les deux principales grandeurs physiques qui vont caractériser ces
différents matériaux :
Z : impédance acoustique qui doit être la plus
proche possible de celui des tissus biologiques, afin que les ultrasons se
transmettent bien de la sonde au corps humain.
Kt : le coefficient de couplage électro-acoustique. Ce
paramètre compris entre 0 et 1, caractérise l'aptitude du
matériau a fin de convertir l'énergie électrique en une
énergie mécanique ou inversement. Il doit être le plus
élevé possible.
I.1.3.2.1. Les Cristaux :
Le cristal piézo-électrique le plus connu est le
quartz (SiO2), le cristal se trouve naturellement dans la nature.
I.1.3.2.2. Les Céramiques :
Les céramiques piézo-électriques sont
incontestablement les matériaux les mieux adaptés à l'heur
actuel pour une utilisation échographique. Ils sont souvent
utilisés tels quels, mais entrent également dans la fabrication
des composites que nous décrivons plus loin. Ce succès peut
sembler paradoxal car bien que les valeurs de Kt soient élevé,
leur impédance acoustique est bien élevée que celui des
tissus biologiques. Il est du au fait que ces matériaux sont d'un
coüt relativement faible, qu'ils sont usinables et faciles à
transformer et surtout qu'ils offrent un éventail très large
performances. En effet, il existe de très nombreuses compositions
différentes dont les propriétés diélectriques et
mécaniques varient considérablement, de sorte que l'on trouve
toujours une céramique adaptée à une application
particulière.
Citons entre autres, les titanates de baryum qui sont les
ancêtres des céramiques actuelles, la famille des PZT (Plomb.
Zirconite. Titanate) qui compte à elle seule cinq à six
compositions différentes et qui est la plus utilisée, les
titanates de plomb qui tendent de plus à concurrencer les PZT et enfin
les métaniobates de plomb utilisés pour l'imagerie haute
résolution.
Notons que les céramiques sont des poly cristaux qui sont
fabriqués par frittage d'un mélange d'oxyde et que leurs
performances diélectriques, mécaniques et
piézo-électriques.
I.1.3.2.3. Les Polymères :
Certains polymères tels que le PVDF (Poly Vynil Di
Fluorure) et des polymères tels que le P(VDFTrFE) peuvent
acquérir des propriétés
piézo-électriques.
I.1.3.2.4. Les Composites :
Ces matériaux, d'abord développés pour
des applications sonar, ont fait leurs apparitions aux débuts des
années 80 et représentent l'avancée majeure dans le
domaine des matériaux piézo-électriques, depuis
l'apparition des PZT dans les années 60.
Leur origine provient du constat selon lequel aucun
matériau existant n'avait à la fois une impédance
acoustique assez faible pour bien transmettre son énergie aux tissus
biologiques et une valeur de Kt élevé. En effet, les
céramiques souffrent d'une impédance acoustique trop
élevée et les polymères d'une valeur de Kt trop faible.
L'idée est donc née qu'il fallait utiliser à la fois une
céramique à Kt élevé, associée à un
matériau passif de faible impédance acoustique de sorte que le
matériau résultant ait une impédance acoustique plus
faible tout en gardant un Kt comparable avec celui d'une céramique.
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