Matériaux et lois de comportement

Matériaux

en cours de construction

Les céramiques et monocristaux piézoélectriques ont été largement étudiés au laboratoire. Le LGEF a une forte expertise dans le domaine des matériaux de type PZT et matériaux sans plomb , et leurs applications.

Deuis 2008, le laboratoire s'intéresse aux polymères électro-actifs. Les polymères électrostrictifs présentent l'avantage de se déformer de manière significative (plusieurs % sans amplification mécanique). Ils sont faciles à mettre en oeuvre, à faible coût et peuvent être déposés sur de grandes surfaces non nécessairement planes. Il a été montré que les performances en termes d'actionnement et de récupération d'énergie peuvent être améliorées en augmentant la permittivité diélectrique. Cela peut être atteint par l'incorporation de l'incorporation de nano-objets dans une matrice polymère, ou encore par l'ajout de plastifiant dans une matrice fluorée. Pour induire des propriétés de couplage magnéto-électrique il est étudié aussi la dispersion des particules magnétiques dans les matrices polymères.

Le LGEF oriente actuellement ses recherches en matériaux autour de la réalisation d'encres électroactives et de la plastronique. L'objectif est de pouvoir imprimer des capteurs et des actionneurs directement sur des substrats flexibles.

Plastronique : du matériau électroactif à la fonction mécatronique

Les problématiques de recherches autour de la plastronique peuvent être regroupées en deux thématiques intimement liées:

L’impression ou la mise en oeuvre de matériaux électroactifs (capteur et actionneur).
Application aux structures intelligentes.

Celles-ci s’intègrent autour des enjeux sociétaux du transport, de l’énergie et de la santé. Exemple des réalisation autour de la plastronique :

Le LGEF a récemment développé et breveté un nouveau matériau avec des propriétés de conversion 200 fois plus élevées que ceux de la littérature et fonctionnant avec un champ électrique 6 fois plus faible. Les recherches ont démontré la possibilité d’utiliser cette technologie pour la réalisation d’actionneurs pour le contrôle de forme d’antenne ou d’instrument de chirurgie, mais aussi la réalisation de capteur de choc ou de vibration pour le contrôle de santé des structures. En effet cette technologie dispose de coefficients piézoélectriques équivalents à ceux de matériaux de type céramique difficilement intégrables en pratique. Ce matériau permet de soulever certains verrous technologiques à l’intégration des polymères électroactifs pour des applications mécatronique, avec la possibilité de réaliser des structures multicouches pour diminuer la tension de fonctionnement.
De plus les récents travaux effectués au LGEF ont démontré la possibilité d’imprimer de jauges de déformation sur des structures 3D, avec des facteurs de jauges supérieure à la technologie métallique et un domaine d’utilisation supérieur aux jauges semi-conductrices avec une très bonne linéarité sur une gamme étendu de déformation. En effet la méthode d’impression par jet-d’encre permet de micro-structurer le dépôt d’encre résistif et donc d’accroître les propriétés de transduction avec une augmentation de 300% par rapport au jauge du commerce en technologie métallique. Pour démontré le potentiel applicatif, des capteurs ont été imprimé sur des pièces en composite pour réaliser du contrôle de santé des structures pour un acteur de l’aéronautique. Mais aussi pour la réalisation de capteur de force pour des procédures en cardiologie en partenariat avec les HCL.

Axe de recherche actuellement réalisé :

L’élaboration d’encres multifonctionnelles ou de matériaux électroactifs pour la fabrication additive ainsi que leur mise en œuvre et en application est un projet de fond du LGEF. En effet l’impression de matériaux possédant des propriétés de couplages multi physiques sont rendus possibles grâce à un accès aisé depuis ces dernières années à différents types de nanoparticules (ferroélectrique, magnétique, conductrice, etc.) mais aussi de matériaux organiques présentant des propriétés spécifiques