Soutenance de Thèse : Yan ZHANG

"Toward  a  better  understanding  and  control  of  polyurethane composite films behavior for actuators "

29/04/2021 - 10h00 - Visioconférence - Bâtiment Gustave Ferrié de l’INSA Lyon

Laboratoire INSA : LGEF

Ecole doctorale : ED162 MEGA

Résumé  
Les  polymères  électroactifs  (EAPs)  trouvent  de  nombreuses  applications  en  tant qu’actionneurs souples, compte tenu de leur légèreté, de grandes déformations sous champ électrique et de la facilité d’être élaborés sous diverses formes. Parmi les EAPs diélectriques, le polyuréthane est intéressant, de par ses propriétés diélectriques et mécaniques, un faible coût et des propriétés modulables via la composition et l’incorporation de charges.  

Les  travaux  de  recherche  décrits  dans  cette  thèse  ont  pour  objectif  une  meilleure compréhension  et  un  meilleur  contrôle  du  comportement  de  films  composites  à  base  de polyuréthane.

La mesure du couplage mécanique est délicate et complexe. Une large gamme de valeurs du coefficient  électromécanique,  s’étalant  sur  plusieurs  décades,  est  présentée  pour  le polyurethane  dans  la  littérature.  Avec  deux  techniques  de  mesures  (bancs  de  mesure développés  au  laboratoire)  et  des  simulations  Comsol,  il  a  été  obtenu  des  valeurs  de coefficients  sur  une  gamme  beaucoup  plus  réduite,  et  indiquant  un  rôle  considérable  du mécanisme de Maxwell par rapport au phénomène d’électrostriction.  

Des  conditions  d’élaboration  et  de  mesures  bien  contôlées  sont  importantes,  en  termes notamment de taux d’humidité et de niveaux de champs électriques. 

Une étude a ensuite été menée sur le rôle des nanocharges sur les propriétés de composites
polyurethane / nanoplaquettes de graphene fonctionnalisé oxygène. Une augmentation de la constante  diélectrique  et  un  faible  renforcement  mécanique  ont  été  obtenus,  mais  la performance  électromécanique  n’est  pas  améliorée.  Les  raisons  possibles  de  ces  résultats discordants ont été examinées avec des analyses multi-échelles. Une attention particulière a été portée sur les mécanismes de conduction et sur les polarisations dipolaires et interfaciale de type Maxwell Wagner Sillars. La faible performance peut venir de l’adhésion modérée entre le polymère et le graphene, mais aussi de la compétition entre l’augmentation de la constante diélectrique et la diminution du champ électrique réellement vu par le polymère.