Composites
Le LGEF développe plusieurs types de composites pour leurs propriétés multifonctionnelles. Les polymères sont de différents types (PDMS, P(VDF-TrFE-VFE), PVDF, PU…) et les charges de différentes natures et de différentes tailles selon les applications visées. Elles peuvent être commerciales ou élaborées au LGEF.
Les composites piézoélectriques.
La voie composite permet à partir d’un choix adéquat de couples matrices/particules de créer une synergie entre les bonnes propriétés thermiques et mécaniques des polymères et les grandes propriétés électroactives des céramiques particulaires. À partir de ces matériaux fonctionnels, il est alors possible soit d’ajouter une fonctionnalité à la structure par procédé additif ou bien dans le cas de pièces en polymères d’intégrer la nouvelle fonctionnalité capteur directement au sein de la matière, le système n’étant alors pas modifié d’un point de vue structurel.
Les composites piézoélectriques en configuration constitués d'une phase céramique piézoélectrique particulaire dispersée de manière aléatoire dans une matrice polymère, généralement désignée par 0-3. Ces composites sont des candidats possibles pour les capteurs intégrés dans les composites structurels.
https://www.mdpi.com/2073-4360/15/4/826#
Tout en affichant des propriétés mécaniques adéquates, ces composites présentent des propriétés piézoélectriques intrinsèquement faibles, telles qu'un faible coefficient de charge piézoélectrique d33 et un coefficient de tension piézoélectrique modéré g33. Ces faibles propriétés piézoélectriques sont le résultat d'une connectivité limitée de la phase céramique qui, combinée à une grande différence de propriétés diélectriques pour les deux phases, conduit à une distribution de champ électrique défavorable dans le composite.
Une connectivité plus avantageuse peut être obtenue simplement en utilisant des fractions de très grand volume de poudre de céramique piézoélectrique dans un composite 0-3. Cependant, cela réduit considérablement la contrainte de rupture mécanique tout en limitant l'augmentation des propriétés piézoélectriques. Une variante est le composite de type 1-3, dans lequel des particules ou des fibres alignées continues ou encore des piliers de matériau piézoélectrique de forme précise sont incorporés au sein de la matrice.
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111195
https://doi.org/10.3390/ijms232415745
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111195
Les composites magnétiques.
Des composites magnétiques peuvent être élaborés en voie solvant à partir du polymère thermoplastique acrylonitrile butadiene styrene (ABS) et d’oxyde de Fer (Fe3O4).
https://doi.org/10.3390/polym12020386
Les composites conducteurs.
Les composites hybrides conducteurs électriques représentent une avancée significative dans le domaine des matériaux fonctionnels. Ces composites combinent les propriétés de différents matériaux pour créer des solutions optimisées en termes de conductivité électrique, de flexibilité et de résistance mécanique.
Les composites hybrides sont souvent constitués d’une matrice polymère intégrant des charges conductrices telles que des nanotubes de carbone, des graphènes ou des particules métalliques. Cette combinaison permet d’obtenir des matériaux légers, flexibles et dotés d’une excellente conductivité électrique.
Ces matériaux trouvent des applications variées, notamment dans les dispositifs électroniques, les batteries, et les véhicules électriques. Leur capacité à dissiper la chaleur et à maintenir une performance stable sous des conditions variées en fait des candidats idéaux pour les technologies de pointe.
En résumé, les composites hybrides conducteurs électriques offrent une solution prometteuse pour répondre aux défis actuels de l’électronique et de l’énergie, en alliant légèreté, flexibilité et haute performance.
https://theses.hal.science/tel-03186873
Les composites thermiques.
Des composites polydiméthylsiloxane - alumine (PDMS-Al2O3) réalisés avec structuration diélectrophorétique montrent une augmentation significative de la conductivité thermique. Ces composites polymères performants à haute conductivité thermique suscitent un fort intérêt dans le milieu industriel pour dissiper la chaleur dans les dispositifs électroniques.
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110134