Caractérisation & modélisation numérique du comportement chémo-et thermo-résistif en sorption-désorption d'un Composite Polymère Conducteur

par Sylvain Thevenot

Thèse de doctorat en Science de l'ingénieur

Sous la direction de Jean-François Feller et de Patrick Glouannec.


  • Résumé

    L’objectif des travaux présentés dans cette thèse était d’améliorer la compréhension de la réponse électrique des senseurs CPC « chémo-résistif » par l’utilisation d’un système modèle tel que l’EEA-37% NPC, constitué d’une matrice élastomère thermoplastique chargée de nanoparticules de carbone. Des études réalisées avec des senseurs CPC en couche mince ont permis de valider le potentiel de détection de ces transducteurs et de qualifier les capacités barrière au toluène de matériaux nanocomposites isolants tels que le PA12-MMT, poly(amide 12) chargé de nanoplaquettes de montmorillonite. Une expérimentation spécifique a été mise en place afin d’étudier les phénomènes multi-physiques induits au sein d’un CPC sous forme de plaque plane exposé à un composé organique volatile (COV). Le suivi simultané de l’évolution de la masse, des températures, du volume et de la résistance a ainsi permis d’obtenir des résultats inédits destinés à valider les modèles développés par la suite. Des expérimentations spécifiques ont permis d’établir une corrélation mathématique entre la résistivité électrique et la teneur en vapeur organique. Le développement d’un modèle numérique 1D a permis une meilleure interprétation des temps de réponse et des amplitudes des variations mesurées pour la résistance électrique grâce à la visualisation des densités de courant dépendant des gradients de concentration.

  • Titre traduit

    Characterization & modelling of the chemo- and thermo-resistive behaviour of Conductive Polymer Composites (CPC) in sorption / desorption


  • Résumé

    The aim of this work is to improve the understanding of the electrical response of chemo-resistive CPC sensors. EEA-37% CNP was chosen as model system due to its thermoplastic elastomer matrix filled with carbon nanoparticles. In a first step, the use a thin CPC transducers has allowed to demonstrate their good sensing performances for the quantification of barrier effect towards toluene vapour diffusion of montmorillonite platelets filled poly(amide 12) films. A specific experiment was created to study multi-physics phenomena induced in a flat sheet of CPC exposed to a VOC. The simultaneous monitoring of the behaviour of mass, temperature, volume and resistance has produced innovative results to be used to validate the numerical models developed subsequently. Specific experiments established a mathematical relation between solvent concentration and electrical resistivity. The development of a one-dimensional numerical model was found useful to interpret time lags and amplitudes of resistance variations through the visualisation of current densities depending on concentration gradients.

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Informations

  • Détails : 178 p.
  • Annexes : Bibliographie p. 155-162

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