Development of smart textiles with low environmental footprint from Conductive polymer nanoComposites

par Bijandra Kumar

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Jean-François Feller.

Soutenue en 2010

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (2007-2016) (autre partenaire) .

mots clés

• Cpc
• Afm
• Conducteurs organiques -- Thèses et écrits académiques
• Composites polymères -- Propriétés électriques -- Thèses et écrits académiques
• Composites polymères -- Propriétés thermiques -- Thèses et écrits académiques
• Textiles intelligents -- Thèses et écrits académiques
• Nanotubes -- Thèses et écrits académiques
• Percolation (physique statistique) -- Thèses et écrits académiques
• Microcapteurs -- Thèses et écrits académiques

Titre traduit

Le développement des textiles intelligents avec faible empreinte écologique de nanocomposites polymères conducteurs (CPC)

Résumé

This research work concerns the investigation and development of innovative eco-friendly smart multi-reactive textiles made of Conductive Polymer nanoComposite (CPC) within the frame of the European Union Commission funded project entitled “INTELTEX”. Multiwalled Carbon Nanotubes (CNT) have been used as conductive nanofiller to create conductive networks within both synthetic and bio-sourced polymer matrices. The ability of CPC thin films based sensor to detect Volatile Organic Compound (VOC) has been investigated by exposing them to a wide set of solvent vapours. Novel strategies have been introduced to fabricate vapour sensor with controlled hierarchical condictive architecture. The sensors developed were found to have a high potential to detect as well as to discriminate the studied vapours. In a second part the knowledge developed with CPC thin film was transferred to both mono-phasic and bi-phasic conductive textiles, which were demonstrated to be sensitive to vapours and temperature. In particular novel bi-phasic CPC textiles structured using double percolation were found to exhibit a sharp positive temperature coefficient (PTC) characteristic in the range 30 - 60°C. In the last part it has been shown that eco-friendly matrices could be proposed in substitution of synthetic polymers to decrease their environmental footprint. Finally, it has been demonstrated that CNT based CPC had a high potential as smart material to develop multi-reactive smart textile for vapour and temperature sensing

Résumé

Ce travail concerne le développement de textiles multifonctionnels innovants basés sur les composites polymères conducteurs (CPC), travail réalisé dans le cadre du projet européen intitulé « INTELTEX ». Des nanotubes de carbones multi-parois ont été utilisés pour leurs excellentes propriétés électriques afin de créer un réseau de charges conductrices au sein de matrices thermoplastiques synthétiques mais également bio-sourcées. La détection de composés organiques volatiles (COV) par ces systèmes sous forme de film mince exposé à des vapeurs de solvants a été démontrée. De nouvelles stratégies sont présentées pour développer et contrôler l’architecture multi-échelles du réseau conducteur. Les capteurs ainsi développés sont capables de détecter et de discriminer différentes vapeurs de solvants. Ces résultats ont ensuite aboutis à la réalisation d’échantillons textiles mono- et bi-phasiques capables de répondre à la présence de vapeurs. Enfin des systèmes di-phasiques textiles, basés sur le principe de double-percolation ont été préparés. Ces composites présentent une transition nette (PTC) dans la gamme de température visée (30-60°C). Pour les deux applications (vapeur et température) des formulations à base de matrices diminuant l’impact environnemental ont été proposées. Pour conclure, les composites polymères conducteurs (CPC) basés sur les nanotubes de carbones ont prouvés leur potentiel et intérêt d’utilisation comme matériaux intelligents sous forme de textile pour la détection de vapeurs et de température.