Expertises

De nouveaux matériaux composites piézoélectriques avec NanoPiC

Focus sur le projet ANR NanoPiC labellisé par Matikem, qui vise le développement de nouveaux matériaux composites piézoélectriques.

La fiche d'identité du projet NanoPiC

Acronyme du projet : NanoPiC
Titre du projet : Etude du comportement piézoélectrique multi-échelles de composites innovants micro- et nano-structurés
Coordinateur du projet : UMET – Université de Lille
Partenaires : IEMN (CNRS), ICGM (CNRS), UCCS (Université d’Artois)
Durée du projet : 48 mois
Date de début du projet : 1er mars 2017
Date de fin du projet : 28 février 2021
Financement : ANR

De nouveaux matériaux composites piézoélectriques

L’objectif principal du projet NanoPiC concerne le design d’une nouvelle génération de matériaux composites piézoélectriques combinant les caractéristiques suivantes :

1) composites avec des propriétés piézoélectriques élevées,
2) sous forme de films minces (<1 µm) pour intégration dans des dispositifs,
3) constitués de céramiques sans plomb piézoélectriques,
4) et d’un polymère également piézoélectrique,
5) avec une structuration aux échelles micro- ou nano- et
6) une interface céramique – polymère robuste.

La fabrication de ces composites implique la croissance de couches minces de BNT (céramique non toxique avec des propriétés piézoélectriques élevées d33 = 80-120 pm/V) puis la gravure de ces couches minces en domaines de BNT (« îlots ») de taille micrométrique ou nanométrique. Un polymère fluoré tel que le PVDF (sous forme cristalline polaire) ou son dérivé copolymère PVDF-TrFE (|d33| = 20-30 pC/N) est incorporé par greffage à partir des surfaces céramiques afin de renforcer la cohésion interfaciale entre les deux matériaux.

Un second objectif du projet NanoPiC concerne la caractérisation piézoélectrique multi-échelles des composites structurés (études macroscopiques et locales). La compréhension des comportements piézoélectriques de ces matériaux composites structurés est un enjeu scientifique fort et ouvre la voie à l'utilisation de ces matériaux pour des applications dans le domaine des pMUT (piezoelectric Micro machined Ultrasonic Transducers).

Faits marquants du projet

  • Les partenaires UMET et UCCS ont mené une étude commune sur la structure et les propriétés macroscopiques et locales de nanocomposites à matrice PVDF. L’introduction de charges carbonées conductrices entraine l’apparition de la phase polaire du PVDF conjointement à la phase non polaire stable. Une caractérisation approfondie (morphologie, réponse ferroélectriques, piézoélectriques, électrique et nanomécanique) de la phase par microscopie à champ proche a pour la 1ère fois été réalisée. Ces travaux ont donné lieu à une publication dans un journal de facteur d’impact élevé (ACS Applied Materials & Interfaces 10 13092-13099, 2018).

  • Une demi-journée scientifique intitulée « Microscopie à Sonde Locale appliquée aux Céramiques et Polymères » basée sur 6 conférences a été organisée le 28 mai 2018 à la Faculté des Sciences à Lens. Cette manifestation scientifique a regroupé une cinquantaine de participants provenant de 11 laboratoires différents dont 1 laboratoire belge.

En savoir plus

http://nanopic.univ-lille.fr/presentation

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