Nouvelles voies pour matériaux électroactifs

Dans ce programme, nous avons obtenu des avancées significatives pour la synthèse de films nanocomposites piezoélectriques constitués d’une matrice amorphe chargée en nanocristaux fonctionnels. Les mécanismes de formation des nanoparticules d’iodate de fer en microémulsion inverse ont été expliqués grâce à une approche originale de caractérisation des cinétiques de cristallisation et de croissance des nanocristaux, combinant diffusion hyper-Rayleigh et techniques expérimentales classiques (diffraction des rayons X, diffusion dynamique de la lumière, microscopie électronique en transmission). Nous avons obtenu une orientation partielle des nanocristaux d’iodate de fer dans un nanocomposite à matrice PMMA en utilisant un montage Corona développé au laboratoire.
Les travaux de modélisation/simulation ont montré que:

  • les permittivités diélectriques de la matrice et des nanocharges doivent être adaptées ;
  • l’ajout de nanoparticules inorganiques cristallines dans une matrice polymère permet d’augmenter la valeur macroscopique des propriétés diélectriques et mécaniques ;
  • la  répartition,  la  forme  et  l’orientation  des  nanoparticules  influencent  très  fortement  les  propriétés piézoélectriques du nanocomposite à une concentration donnée de nanocharges ;
  • l’orientation collective des nano-aiguilles permet un gain d’environ un ordre de grandeur sur la réponse piézoélectrique du film nanocomposite ;
  • il est possible d’obtenir des coefficients piézoélectriques de l’ordre de grandeur de ceux du quartz pour un nanocomposite epoxy/ZnO.

Nos travaux sur le dépôt de couches minces d’oxydes piézoélectriques sur des substrats métalliques souples ont débuté en 2010, en collaboration avec le Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (INP Grenoble-CNRS) et la société ArcelorMittal-Imphy. Nous avons tout d’abord étudié le comportement de rubans d’Invar® présentant différentes compositions en soufre. L’étude de la cinétique d'oxydation réalisée par ATD-TG sous atmosphère oxydante à haute température, les analyses par microscopie électronique à balayage et les analyses effectuées par diffraction des rayons X ont montré un comportement similaire pour tous les échantillons.

Nous étudions par ailleurs le dépôt d'oxydes piézoélectrique(langasite La3Ga5SiO14 ou LGS) par voie sol-gel sur substrat métallique souple en collaboration avec l’Institut Néel. Nous avons pu déterminer une formulation de solution de précurseurs stable permettant la synthèse de LGS par évaporation puis traitement thermique de la poudre obtenue avec un point de cristallisation de LGS à 825°C contre ~1450°C avec les procédés classiques de réaction à l’état solide. Des couches minces texturées selon (101) ont été déposées sur MgO monocristallin (100).


Contact : Christine Galez

 

Thèses

Couches minces de langasite pour applications piézoélectriques : élaboration par chimie douce et caractérisation
Medhi Mevel
2011-2014
Directeurs/encadrants : Sandrine Beauquis, Isabelle Gautier-Luneau (Institut Néel)


Développement de nanocomposites à propriétés piézoélectriques et optiques non-linéaires
Latifa Houf
2008-2011
Directeurs/encadrants : Yannik Mugnier, Didier Rouxel (Institut Jean Lamour)

PROJETS ANR

NANO-POP (Nanocomposites à propriétés piézoélectriques et optiques)

Subventions

ARC Energie (Région Rhône-Alpes)

Université Savoie Mont Blanc

Partenariats/Collaborations

Axe de recherche concerné

Matériaux et Systèmes pour l'Energie

Laboratoire SYMME
Maison de la mécatronique - 7, chemin de bellevue
74940 Annecy-Le-Vieux
Tél. + 33 450 096 560
Fax. +33 450 096 543
direction.symme [at] univ-savoie.fr