NANOCOM - Elaboration et caractérisation de nano composites à base de polymères bio-sourcés pour l'isolation électrique.

par Mouhja Bencharki

Projet de thèse en SGM - Sciences et Génie des Matériaux

Sous la direction de Sebastien Rondot.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de SNI - Sciences du Numérique et de l'Ingénieur , en partenariat avec LISM / ISI (laboratoire) depuis le 01-11-2017 .


  • Résumé

    Les circuits intégrés, les circuits de puissance ou les dispositifs haute tension ne peuvent pas fonctionner sans matériaux isolants électriques. L'évolution technologique (i.e. miniaturisation, accroissement des densités de puissance etc.) des dispositifs électriques nécessite une optimisation des propriétés des matériaux isolants électriques visant à améliorer leurs performances. C'est dans cette optique que s'inscrit ce projet de thèse de doctorat (durée 3 ans) qui porte sur l'étude des nanocomposites à base de polymères biosourcés. L'ajout de nanoparticules, à la matrice du biopolymère permet de produire des matériaux nanodiélectriques possédant des caractéristiques thermo-mécaniques spécifiques, sans pour autant négliger les caractéristiques électriques. Concernant les propriétés électriques, les nanoparticules ajoutées à la matrice augmentent l'interface interne et permettent d'une part d'obtenir un matériau qui supporte des tensions appliquées plus élevées que le polymère seul et d'autre part d'améliorer sensiblement sa durée de vie. A titre d'exemple l'ajout de nanoparticules notamment dans l'époxy permet d'augmenter sa résistance au claquage de deux ordres de grandeurs. Les travaux déjà engagés concernent souvent des matrices polymères provenant d'hydrocarbures de type époxy ou polyéthylène réticulé. A notre connaissance aucune étude des propriétés électriques de polymères nanocomposites n'a été réalisée sur des matrices polymères issus d'agro ressources (polymères biosourcés). Dans ce contexte, il s'agira d'étudier ces propriétés, notamment la charge électrique accumulée, la constante diélectrique et la résistance des nanocomposites partiellement bio-sourcés et non biodégradables à base d'un mélange (polypropylene PP et polybutylene succinate PBS) avec des nanoparticules d'argile judicieusement choisies (taille, forme, teneur). L'élaboration et la mise en forme des nanocomposites s'effectuera par le procédé d'extrusion et leur caractérisation par des techniques physico chimiques comme la DSC, la FTIR et par microscopie électronique ou à force atomique. Les caractéristiques mécaniques seront déterminées en utilisant un dispositif de vidéo traction associé à l'émission acoustique d'une part et un nanoindenteur d'autre part. L'aspect propriétés électriques est abordé suivant deux approches l'une qui utilise les techniques classiques de mesure de la résistivité et de la constante diélectrique et l'autre non conventionnelle qui utilise un faisceau d'électrons et un dispositif de mesure de courants au sein d'un microscope électronique à balayage pour déterminer la charge accumulée sous irradiation électronique.

  • Titre traduit

    NANOCOM - Elaboration and characterization of nanocomposites based on bio-sourced polymers for electrical insulation.


  • Résumé

    Integrated circuits, power circuits or high voltage devices involve electrical insulating materials. The technological evolution (i.e. miniaturization, increase of power densities etc.) of electrical devices requires an optimization of the properties of electrical insulating materials to improve their performance. In the perspective of this Ph.D thesis project (duration 3 years) the study focuses on nanocomposites based on biosourced polymers. The addition of nanoparticles to the matrix of the biopolymer makes it possible to produce nanodiectric materials having specific thermomechanical characteristics, without neglecting the electrical characteristics. As regards the electrical properties, the nanoparticles added to the matrix increase the internal interface and make it possible, on the one hand, to obtain a material that supports higher applied stresses than the polymer alone and, on the other hand, to substantially improve its lifetime, for example, the addition of nanoparticles in the epoxy, leads to an increase of its resistance to breakdown.. The work already undertaken often involves polymer matrices derived from hydrocarbons epoxy or crosslinked polyethylene. To our knowledge, no study of the electrical properties of nanocomposite polymers has been carried out on polymer matrices derived from agro-resources (biosourced polymers). In this context, it will be necessary to study these properties, in particular the accumulated electrical charge, the dielectric constant and the resistance of the partially bio-sourced and non-biodegradable nanocomposites based on a mixture (polypropylene PP and polybutylene succinate PBS) with Clay nanoparticles judiciously chosen (size, shape, content). Nanocomposites will be developed and shaped using the extrusion process and their characterization by physicochemical techniques such as DSC, FTIR and electron or atomic force microscopy. The mechanical characteristics will be determined by using a video traction device associated with acoustic emission on the one hand and a nanoindenter on the other hand. The electrical properties aspect is broached according to two approaches, one using conventional resistivity and dielectric constant measurement techniques and the other unconventional one using an electron beam and a current measurement device of a scanning electron microscope to determine the accumulated charge under electron irradiation.