Synthèse et caractérisation de fluides électrorhéologiques

par Hongzhe Tang

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jacques Persello.

Soutenue en 2007

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Un fluide électrorhéologique (ER) est constitué de particules minérales fortement polarisables par un champ électrique, dispersées dans un liquide diélectrique. Ce type de fluide ouvre des perspectives d’application dans le domaine des dispositifs électromécaniques « intelligents » (coupleurs, amortisseurs actifs, actionneurs) et des dispositifs électro-optiques (guide d’onde, filtre interférentiel, rupteur optique, …. ). Les performances de ces fluides sont déterminées par la polarisabilité des particules dispersées dans le fluide et peuvent être améliorées par l’utilisation de particules nanométriques, modifiées en surface par dopage des particules avec des ions de la famille des terres rares, et par adsorption de molécules possédant un moment dipolaire très élevée. Notre étude vise à définir des modes de synthèse permettant de fabriquer des fluides ER constituées de particules nanométriques de zéolites ou d’oxyde de titane modifiés par insertion d’ions métalliques et lanthanides des particules de zéolites et d’oxydes de titane de taille nanométrique dont les propriétés diélectriques et chimiques, sont parfaitement contrôlées. Les propriétés rhéologiques statiques (contrainte à la rupture, viscosité) et dynamiques (modules élastiques et visqueux, tangente de perte) de ces fluides ont été mesurées en fonction de l’intensité et de la fréquence du champ électrique appliqué, afin de mettre en évidence le rôle des paramètres morphologiques, de l’interface et du dopage des agrégats colloïdaux, sur les propriétés ER. Dans le cas des fluides à base de zéolite, l’étude a montré que les propriétés d’écoulement étaient déterminées par la polarisation de l’interface et en particulier par l’orientation des molécules d’eau à l’interface. Dans le cas des fluides à base de dioxyde de titane, les performances des fluides sont liées à l’incorporation de cations dans le réseau rutile. Des effets ER « géants » (modules élastiques voisin de 1 MPa) ont été obtenus par dopage avec des ions Nb5+, Al3+ et Y3+. Une modélisation phénoménologique de ces systèmes a permis d’analyser les expériences de mesure des propriétés viscoélastiques sous champ et de mettre en évidence le rôle de l’intensité et de la fréquence du champ électrique sur les phénomènes de transitions de phases.

  • Titre traduit

    Synthesis and characterization of electrorheological fluids


  • Résumé

    A electrorheologic fluid (ER) consists of mineral particles which is strongly polarizable by an electric field, dispersed in a dielectric liquid. This type of fluid opens prospects for application in the field of the "intelligent" electromechanical devices (active couplers, shock absorbers, actuators) and of the electro-optical devices (guide of wave, filters interferential, optical interrupter. . . . ). The performances of these fluids are determined by the polarizability of the particles dispersed in the fluid and can be improved by the use of nanometric particles, modified on the surface by doping of the particles with ions of the family of rare earths, and by adsorption of molecules having a high dipole moment. Our study aims are defining modes of synthesis which allow manufacturing fluids ER made up of nanometric particles of zeolites or titanium dioxide modified by insertion of metal ions and lanthanides for the zeolites particles and titanium dioxide of nanometric size whose dielectric and chemical properties are perfectly controlled. The static (stress of rupture, viscosity) and dynamic (elastic and viscous modulus, tangent of loss) rheological properties of these fluids were measured according to the intensity and the frequency of the electric field applied, in order to highlight the role of the morphological parameters, the interface and the doping of the colloidal aggregates, in relation to the properties ER. In the case of the fluids containing zeolite, the study showed that the flow properties are determined by the polarization of the interface and in particular by the orientation of the water molecules to the interface. In the case of the fluids containing titanium dioxide, the performances of the fluids are related to the incorporation of cations in the network of rutile. The "giants" ER Effects (elastic modules near of 1 MPa) are obtained by doping with ions Nb5+, Al3+ and Y3+. A phenomenological modeling of these systems is used in order to analyze the experiments of measurement of the viscoelastical properties under field and to emphasize the role of the intensity and the frequency of the electric field on the phenomena of phase transition.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (154 p.)
  • Notes : Reproduction de la thèse autorisée
  • Annexes : Bibliographie en fin de chapitre

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences Sport Claude Oytana (Besançon).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCI.BESA.2007.3
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