Étude des relations structure-propriétés de matériaux hybrides piézoélectriques à base PVDF

par Juliette Defebvin

Thèse de doctorat en Mécanique, Énergétique et Sciences des matériaux

Sous la direction de Jean-Marc Lefebvre et de Sophie Barrau.


  • Résumé

    Ces travaux de thèse contribuent à l’étude de matériaux hybrides à base d’un polymère semi cristallin, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) connu pour ses propriétés piézoélectriques. Cependant, celles-ci dépendent du polymorphisme du PVDF et les phases polaires nécessaires à l’obtention de telles propriétés sont classiquement obtenues par étirage ou par incorporation de charges. L’objectif de ces travaux est la compréhension des comportements mis en jeu au cours d’essais d’étirage et l'évaluation de l’influence des charges sur les propriétés résultantes. L’originalité de ces travaux réside dans le suivi in-situ de l’évolution structurale durant l’étirage, permettant de conclure que la phase polaire β du PVDF se forme lors de la striction et que la relaxation cristalline joue un rôle primordial sur les mécanismes de déformation du PVDF. L’insertion de nanotubes de carbone (NTC) dans la matrice PVDF induit un changement partiel de phase cristalline apolaire α-->polaire γ. Le taux de cette phase induite passe par un maximum pour un taux de NTC proche du seuil de percolation. L’étude in-situ sous étirage de ces composites montre que la présence de NTC n’affecte pas la formation de la phase polaire β du PVDF induite mécaniquement. Pour améliorer les propriétés piézoélectriques du PVDF, des composites à base de céramiques piézoélectriques (BaTiO3) ont été élaborés. Cependant l’interface entre les deux constituants est peu cohésive. L’utilisation d’un dérivé de dopamine, la nitro-dopamine permet d’améliorer l’adhésion interfaciale mais n’engendre pas de changement de phase cristalline du PVDF. L’étude piézoélectrique des composites étirés souligne le potentiel de tels systèmes.

  • Titre traduit

    Study of the relationships between structure and properties of piezoelectric hybrid materials based on PVDF


  • Résumé

    This work is a contribution to the study of hybrid materials based on a semi-crystalline polymer: poly(vinylidene fluoride), PVDF, well known for its piezoelectric properties. However these properties are dependent of the PVDF crystalline structure which must be in polar form. The most polar phase (β) is classically obtained by stretching the non-polar phase (α) or by incorporating fillers.The aim of this work is the understanding of structural changes and deformation mechanisms of PVDF during stretching. The impact of the incorporation of different (nano)fillers on PVDF structure and mechanical behavior is also studied.The distinctive feature of this work is the use of synchrotron radiation for in-situ strain-induced structural evolution studies. These experiments show that the polar β phase appears with necking and that the crystalline relaxation of PVDF plays a main role on plasticity mechanisms.The incorporation of carbon nanotubes (CNT) in PVDF matrix leads to a partial crystalline change from non-polar form α to a polar form γ. The ratio of this γ phase is maximal for a CNT loading close to the electric percolation threshold. The in-situ structural evolution shows that CNT's do not affect the formation of the mechanically-induced polar β phase.In order to improve the PVDF piezoelectric properties, composites based on piezoelectric ceramics (BaTiO3) are elaborated. Nevertheless, interactions between PVDF and BaTiO3 are too weak. The use of a dopamine derivative, nitro-dopamine improves the interfacial interactions but does not change the PVDF crystalline form. However a piezoelectric study of these stretched composites suggests interesting electroactive capabilities.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille. Service commun de la documentation. Bibliothèque virtuelle.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.