Application de l'approximation de Johnson à la modélisation par éléments finis pour les matériaux dépendants du champ électrique

L'approximation de Johnson est implémentée dans un code d'éléments finis pour simuler la dépendance au champ électrique d'un matériau de microstructure noyau-coquille. Nous montrons comment la microstructure, basée ici sur une fraction volumique de 50:50, influence la permittivité effective mesurée en fonction de la tension appliquée. En utilisant un paramètre de Johnson de β = 1.0 × 1010 Vm5/C3, vérifié à partir de condensateurs céramiques multicouches (MLCC) commerciaux à base de BaTiO3, nous montrons comment la microstructure et la différence de conductivité du noyau et de l'enveloppe modifient les champs locaux générés et comment cela influence la dépendance en tension de la permittivité effective. Les systèmes qui comprennent un matériau de type noyau conducteur entouré d'une coque résistive subissent une dépendance à la tension faible ou modeste en raison du matériau de coque offrant une protection contre les champs électriques importants à l'intérieur des noyaux. À l’inverse, si le matériau du noyau est plus résistif que le matériau de la coque, une dépendance importante à la tension se produit, les simulations montrant une diminution de plus de 50 % de la permittivité effective. Ces simulations permettent de mieux comprendre la dépendance en tension et fournissent une méthode pour aider à guider la conception de futurs matériaux pour les MLCC avec des performances améliorées.