Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Equipe de Recherche et d'Innovation en Electrochimie pour l'Energie (ERIEE)

MATERIAUX MAGNETIQUES


Depuis la fin du XIX-ème siècle, un nombre croissant d’appareils de la vie quotidienne comporte un ou plusieurs systèmes basés sur l’utilisation de phénomènes magnétiques. On trouve fréquemment plusieurs dizaines de ces systèmes dans un foyer. Dans les cas les plus simples, c’est le pouvoir attractif d’un aimant qui est utilisé à l’instar des fermetures magnétiques présentes dans les meubles et les réfrigérateurs. Des dispositifs plus complexes font appel à des systèmes électromagnétiques ; c’est le cas des transformateurs, des générateurs et des moteurs électriques ou des différents capteurs tels que les têtes de lecture et d’écriture des bandes magnétiques et des disques durs ou encore de détecteurs de position (allumage des moteurs à essence, compteur de vitesse électronique pour deux roues, etc…).
Bien que les phénomènes magnétiques ne nécessitent pas obligatoirement leur présence, la plupart des dispositifs magnétiques comportent des matériaux magnétiques qui sont le plus souvent des métaux, des alliages métalliques ou des oxydes.
La recherche de matériaux magnétiques nouveaux reste une préoccupation majeure des scientifiques comme des industriels.
Ainsi, l’utilisation des matériaux magnétiques reste aujourd’hui incontournable pour la production et l’utilisation de l’énergie électrique. Ils sont également très utilisés sous forme de couches ou des multicouches minces pour la lecture, l’écriture ou le stockage d’informations (microinformatique, enregistrement audio/video…).
Les applications faisant appel aux matériaux magnétiques sont très diverses mais on distingue trois grandes familles en fonction des propriétés électromagnétiques et des mises en œuvre :
· les matériaux magnétiques « doux » parmi lesquels on trouve des métaux plutôt destinés à l’électrotechnique (basse fréquence) et des oxydes plutôt destinés à l’électronique et aux radio – télécommunications (haute, très haute et ultra haute fréquences). Ils sont utilisés essentiellement pour faire des composants magnétiques à faibles pertes (transformateurs, inductances) ;
· les matériaux magnétiques « durs », métalliques et isolants, pour la réalisation d’aimants permanents. On les trouve, le plus souvent, sous forme massive, à l’état fritté ou sous forme de composites ;
· les couches ou multicouches minces magnétiques pour l’enregistrement magnétique et magnéto-optique.
Chaque application requiert des propriétés intrinsèques (aimantation, anisotropie, résistivité…) et extrinsèques (champ coercitif, perméabilité, résistance…) spécifiques, ce qui a conduit à un grand nombre de matériaux et de compositions chimiques ainsi qu’à une importante diversité de mises en forme (polycristaux, monocristaux, couches minces, structures composites…).
La magnétite, oxyde mixte de fer(II) et (III), Fe3O4, possède des propriétés magnétiques évidentes (ferromagnétisme important, point de Curie élevé à 575°C) qui la rendent particulièrement intéressante du point de vue des applications industrielles. Ainsi, elle est très utilisée dans la fabrication de matériels d’enregistrement, d’écriture ou d’impression xérographique. Cependant, la qualité de la magnétite utilisée s’est révélée particulièrement discriminante dans le domaine de l’enregistrement magnétique. En effet, avec une demande de plus en plus poussée pour l’élaboration de composants informatiques plus petits et plus légers, on a assisté à une augmentation du besoin en moyens de stockage de l’information performants ayant de très hautes densités d’enregistrement (disques durs…).
Afin de répondre efficacement aux nouvelles exigences technologiques, les particules de magnétite synthétisées doivent satisfaire un cahier des charges plus serré (notamment, une diminution notable de la taille des grains).
Nous avons donc mis en œuvre, au laboratoire, plusieurs séries de synthèses différentes permettant d’abaisser la taille des particules de magnétite produites et nous avons suivi l’influence de certains paramètres physico-chimiques afin d’optimiser l’élaboration du matériau désiré.