Nanocomposites multifonctionnels pour l'actionnement mécanique et la conversion magneto-électrique
Auteur / Autrice : | Jiawei Zhang |
Direction : | Laurent Lebrun, Benoît Guiffard |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Electronique-Electrotechnique-Automatique |
Date : | Soutenance le 13/12/2011 |
Etablissement(s) : | Lyon, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité (Lyon, INSA) - LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité |
Jury : | Président / Présidente : Daniel Guyomar |
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Lebrun, Benoît Guiffard, Daniel Guyomar, Colette Lacabane, Yves Bernard, François Bauer | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Colette Lacabane, Yves Bernard |
Mots clés
Résumé
L’effet magnétoélectrique (ME) se traduit par la possibilité d’induire une magnétisation à l’aide d’un champ électrique (effet direct) ou celle d’induire une polarisation électrique à l’aide d’un champ magnétique (effet inverse). Les composites laminés qui possèdent de grands coefficients ME ont généré beaucoup d’intérêt dans le domaine des capteurs, des modulateurs, des interrupteurs et des inverseurs de phase. Dans cette thèse, nous présentons les performances de composites dits laminés à deux ou trois couches. Il a été montré que l’on pouvait obtenir des performances en conversion magnéto-électrique directe en associant des phases magnétostrictives et piézoélectriques. Une modélisation de leur comportement basée sur un oscillateur mécanique a été proposée. Elle a été en particulier utilisée pour simuler le couplage mécanique entre deux couches. Une autre approche pour développer des dispositifs originaux a consisté à utiliser un champ magnétique alternatif pour induire des courants de Foucault dans des électrodes métalliques et une Force de Lorentz en présence d’un deuxième champ magnétique continu. Si ces électrodes recouvrent un matériau piézoélectrique, la force de Lorentz sera alors convertie en signal électrique suivant l’effet direct. Cette approche permet donc de développer des dispositifs de conversion électromagnétique sans phase magnétique. Différents prototypes utilisant un bimorphe piézoélectrique, un film de PVDF et une céramique piézoélectrique ont été réalisés et caractérisés. Un signal électrique proportionnel à la composante continue du champ magnétique a été mis en évidence, ce qui ouvre des applications pour la détection magnétique. Cette thèse s’est également intéressée à l’augmentation du coefficient d’électrostriction par injection de charges électriques en utilisant la technique de décharge Corona. Cette étude a été réalisée sur du polypropylène, connu pour sa capacité à stocker des charges électriques. Le mécanisme de stockage de charge et l’effet sur l’électrostriction ont été étudiées par la mesure du potentiel de surface, la mesure des courants thermo-stimulés, la calorimétrie différentielle et l’interférométrie Laser. L’injection de charges a contribué à une augmentation de la permittivité et par la même à celle du coefficient d’électrostriction, en accord avec un modèle simple de distribution de charges dans l’échantillon.