Élaboration et caractérisation de nanocomposites architecturés oxydes/polymères destinés au secteur de l'énergie

par Zouhair Hanani

Projet de thèse en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Mohamed Goune et de Mbarek Amjoud.

Thèses en préparation à Bordeaux en cotutelle avec l'Université Cadi Ayyad , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) , en partenariat avec ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (laboratoire) et de Métallurgie et Matériaux Fonctionnels (equipe de recherche) depuis le 25-04-2018 .


  • Résumé

    Le développement de nouveaux dispositifs écologiques pour des applications dans le domaine du stockage de l'énergie (micro-condensateurs, systèmes piézoélectriques intelligents) et du biomédical (régénération des tissus osseux) nécessite l'élaboration de nouveaux matériaux avec des propriétés mécaniques, thermiques et électriques améliorées. Dans cette perspective, les nanocomposites à base de biocéramiques inorganiques de géométries contrôlées, dispersées dans une matrice polymère biodégradable seraient une réponse possible à cette problématique. Pour ce faire, il est indispensable de disperser et d'orienter les charges inorganiques et de contrôler les paramètres microstructuraux afin d'optimiser les propriétés résultantes. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'utiliser comme charge inorganique des céramiques nanométriques BaTiO3 dopés au Ca et Zr. Pour l'élaboration de ces dernières et le contrôle de leur morphologie, on utilisera des procédés de chimie douce (sol-gel, hydrothermale et solvothermale). On procédera ensuite à la dispersion ultrasoniques de ces nanocomposites de morphologies variables dans une matrice polymère biodégradable. Au final, il s'agira d'obtenir différentes architectures de composites céramiques/polymère et d'étudier l'influence de l'architecture et des paramètres microstructuraux (rapport de forme, taille, fraction volumique, orientation des céramiques, percolation 3D) sur les propriétés finales telles que les propriétés diélectriques et mécaniques. L'état microstructural sera caractérisé par des techniques à l'échelle des composés tels que la Microscopie Electronique à Transmission (MET), la Microscopie Electronique à Balayage équipée d'un canon à effet de champ (MEB-FEG) et la nano-tomographie X en utilisant le rayonnement synchrotron. Enfin, on propose également d'intégrer les images réelles 3D obtenues par nano-tomographie X dans un code de calcul mécanique (ABAQUS) afin de déterminer l'effet de l'architecture des nanocomposites sur les propriétés mécaniques.

  • Titre traduit

    Elaboration and characterization of oxides/polymers architected nanocomposites for use in the energy sector


  • Résumé

    The development of new ecological devices for applications in the field of energy storage (micro-capacitors, intelligent piezoelectric systems) and biomedical (regeneration of bone tissues) requires the development of new materials with improved mechanical, thermal and electric properties. In this perspective, the nanocomposites based on inorganic bioceramics with controlled geometry, dispersed in a biodegradable polymer matrix would be a possible answer to this problem. For this purpose, it is essential to disperse and orient the inorganic fillers and control the microstructural parameters to optimize the resulting properties. In this thesis, we propose to use nanometric BaTiO3 ceramics doped with Ca and Zr as inorganic filler. For the development of these materials and the control of their morphology, we will use soft chemistry processes (sol-gel, hydrothermal and solvothermal). Afterward, an ultrasonic dispersion of these nanocomposites with different morphologies will be carried out in a biodegradable polymer matrix. In the end, it will be necessary to obtain different architectures of ceramic/polymer composites and to study the influence of the architecture and microstructural parameters (aspect ratio, size, volume fraction, orientation of the ceramics, 3D percolation) on final properties such as dielectric and mechanical properties. The microstructural state will be characterized by Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron Microscopy equipped with a field effect gun (SEM-FEG) and nano-tomography X using synchrotron radiation. Finally, it is also proposed to integrate the real 3D images obtained by nano-tomography X in a mechanical calculation code (ABAQUS) to determine the effect of nanocomposite architecture on the mechanical properties.