Int?gration d'actionneurs ? base de polym?res conducteurs ?lectroniques pour des applications aux microsyst?mes

par Alexandre Khaldi

Thèse de doctorat en Electronique. Micro et nano technologie

Sous la direction de Eric Cattan et de Fr?d?ric Vidal.

Soutenue le 23-02-2012

à Valenciennes , dans le cadre de ?cole doctorale Sciences pour l'Ing?nieur (Lille) , en partenariat avec Institut d'?lectronique, de micro?lectronique et de nanotechnologie (laboratoire) , Communaut? d'universit?s et d'?tablissements Lille Nord de France (P?le de recherche et d'enseignement sup?rieur (PRES)) et de Laboratoire d'automatique et de m?canique industrielles et humaines (laboratoire) .

Le président du jury était Min Hui Li.

Le jury était composé de Eric Cattan, Fr?d?ric Vidal, Christian. Bergaud, John D.W. Madden, Emmanuel Defa?, C?dric Plesse, Guylaine Poulin.

Les rapporteurs étaient Christian. Bergaud, John D.W. Madden.


  • Résumé

    L?objectif de ce travail est la r?alisation de nouveaux microactionneurs ? base depolym?re conducteur ?lectronique pouvant ?tre envisag?s pour une application denanodrone ? ailes battantes.Deux r?seaux interp?n?tr?s de polym?res (RIPs) POE/PTHF (poly(oxyded??thyl?ne)/polyt?trahydrofurane) et POE/NBR (poly(oxyde d??thyl?ne/Nitrile Butadiene Rubber) ont ?t? synth?tis?s et caract?ris?s. Par le contr?le de la synth?se de ces RIPs,une co-continuit? de phase des deux r?seaux partenaires a pu ?tre obtenue. Ce travail a ainsi permis l?obtention de mat?riaux combinant les propri?t?s propres de chaque r?seau, une bonne conductivit? ionique (POE) et de bonnes propri?t?s m?caniques (PTHF et NBR). Les propri?t?s m?caniques du mat?riau ont permis de r?aliser des mat?riaux polym?res support d??lectrolyte manipulables avec des ?paisseurs inf?rieures ? 10 ?m.Des RIPs conducteurs ont pu ?tre ?labor?s ? partir de ces mat?riaux en incorporant le polym?re conducteur ?lectronique (poly(3,4-?thyl?nedioxythioph?ne) - PEDOT), par une dispersion non homog?ne ? partir de la surface vers l?int?rieur du film. Apr?s incorporation d?un liquide ionique (le 1-?thyl-3-m?thylimidazolium bis-(trifluorom?thylsulfonyl)imide ou EMImTFSI), ces mat?riaux ?lectroactifs ont ?t? caract?ris?s et ont montr? qu?ils pouvaient actionner ? des fr?quences ?lev?es (100Hz) par rapport aux autres dispositifs de ce type.La mise en forme microm?trique de ces mat?riaux a ensuite ?t? r?alis?e par un proc?d? propre aux microsyst?mes. Les techniques de photolithographie et de gravure ionique r?active ont ?t? adapt?es et ?tudi?es pour l??laboration de ces microactionneurs. Un m?canisme de d?gradation chimique du mat?riau a ?t? propos? afin d?expliquer l??tape de gravure. Enfin, la caract?risation des microactionneurs a ensuite aussi ?t? r?alis?e.La force d?velopp?e par ces microactionneurs est de l?ordre du ?N et le pourcentage de d?formation est de 1,8 %.


  • Résumé

    The aim of this work is the realization of new microactuators based on electronicconducting polymer (ECP) for a flapping wing nano-aerial vehicle.Two Interpenetrating Polymer Networks (IPNs) PEO/PTHF(polyethyleneoxide/polytetrahydrofurane) and PEO/NBR (polyethyleneoxide/NitrileButadiene Rubber) were synthesized and characterized. By controlling the synthesis of these IPNs, a phase co-continuity of the two networks could be obtained. This work has enabled the production of materials combining the specific properties of each network, good ionic conductivity (PEO) and good mechanical properties (PTHF and NBR). The mechanical properties of the material allowed the synthesis of solid polymer electrolyte materials that can be elaborated and manipulated with thicknesses below 10 microns.The conducting IPNs are synthesized from previous IPNs in which the conductingpolymer (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT, is non homogeneously dispersed i.e. the content decreases from the outside towards the center of the film.After incorporation of an ionic liquid (1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide or EMImTFSI), these electroactive materials werecharacterized and showed their capacity to operate at frequency high frequency (100 Hz) compared to others systems in literature.The micrometer shaping of these materials was then carried out by processes specific to microsystems. Photolithography techniques and Reactive Ion Etching (RIE) have been adapted and designed for the development of microactuators. A chemical degradation mechanism of the material has been proposed to explain the etching step. Finally, the characterization of microactuators have been carried out. The force developed by these microactuators is in the range of N and the bending strain has reached 1.8%.


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