Le sujet vise à développer des films minces piézoélectriques à base de niobate de potassium et de sodium (KNN), sans plomb et sans PFAS (substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées), compatibles avec des substrats flexibles, en réponse directe aux contraintes réglementaires et environnementales croissantes pesant sur les matériaux piézoélectriques conventionnels. Les céramiques PZT (titano-zirconates de plomb) et les polymères PVDF (polyfluorure de vinylidène) , aujourd’hui majoritaires, présentent en effet des limitations majeures liées respectivement à la toxicité du plomb et à la persistance environnementale des PFAS. Dans ce contexte, l’identification de matériaux alternatifs durables et intégrables constitue un enjeu stratégique pour le CEA, notamment pour l’électronique flexible appliquée aux dispositifs médicaux, embarqués et responsables.

Les KNN figurent parmi les alternatives les plus prometteuses grâce à leurs propriétés piézoélectriques élevées et à leur température de Curie élevée. Leur intégration sous forme de couches minces reste toutefois fortement limitée par des températures de cristallisation supérieures à 600 °C, incompatibles avec les substrats polymères. L’objectif du projet est de lever ce verrou en développant un procédé innovant de dépôt par voie sol-gel combustion, permettant une cristallisation localisée ou globale à basse température (<350 °C), compatible avec des substrats flexibles. Au-delà du système KNN, cette approche pourrait constituer un levier méthodologique générique, transposable à une large gamme d’oxydes fonctionnels (semi-conducteurs, diélectriques, ferro- et magnéto-électriques), avec un impact transverse fort pour plusieurs thématiques du CEA.

Le projet se positionne de manière fortement différenciante par rapport à l’état de l’art, où peu de travaux démontrent une cristallisation fonctionnelle d’oxydes complexes à basse température sur substrats flexibles. Il contribuera à positionner les équipes du CEA comme acteurs pionniers, voire leaders, sur les matériaux oxydes post-PZT et post-PVDF-TrFE, et plus largement sur les procédés basse température pour l’électronique durable.

Le programme de travail repose sur une collaboration structurante entre les laboratoires du Liten et de l’IRIG, combinant synthèse chimique, ingénierie des précurseurs, procédés de dépôt et caractérisations structurales et électro-fonctionnelles avancées. Le financement permettra le recrutement d’un doctorant, acteur central de cette collaboration, qui développera une expertise transverse rare à l’interface entre chimie des matériaux, physique des couches minces et procédés basse température, contribuant durablement au renforcement des compétences du CEA.

Les résultats attendus incluent la démonstration de films minces KNN cristallisés à basse température sur substrats flexibles, la levée de verrous procédés majeurs, des publications de haut niveau, des brevets, et la consolidation d’un socle méthodologique exploitable à l’échelle du CEA pour le développement de matériaux oxydes fonctionnels innovants.