LPPI

Matériaux stimulables

Personnes à contacter : Frédéric Vidal - Pierre-Henri Aubert

 

Les matériaux polymères fonctionnels élaborés à partir, à la fois, de RIPs et de polymères conducteurs électroniques ont pour principal application les dispositifs électrostimulables (induisant un changement de couleur ou de volume/forme du matériau lors de l'application d'un potentiel électrique).

Pour celaun polymère conducteur électronique, le PEDOT est interpénétré (1 à 30 µm) sous la surface d’une membrane mince de RIP conducteur ionique contenant les ions nécessaires au processus redox de fonctionnement du dispositif. L'architecture interpénétrée de ces matériaux a permis de résoudre presque toutes les limitations présentées par de tels systèmes dans la littérature (délamination, cyclabilité, difficulté de fonctionnement à l’air libre, besoin d’électrodes supports…).



 

Selon la quantité de PCE incorporé, des variations de volume ou de forme (actionneur, PEDOT>7 %) ou de couleur (électrochrome, PEDOT<0,5%) sont observées sous l’effet d’une stimulation électrique. 

Des micro-actionneurs ont pu être réalisés par des procédés propres aux microsystèmes. Ces travaux se situent parmi les plus performants en termes de fréquence d’actionnement (>100Hz), de dimensions (les plus petites publiées à ce jour), et la possibilité d’actionnement en milieu liquide, à l’air libre et même sous un vide modéré (10-5 mbar) ouvrant ainsi des potentialités nouvelles dans le domaine des microsystèmes, de la microfluidique et du biomédical.

                                  

Clichés de micro-actionneurs obtenus par microscopie électronique à balayage : au repos et sous actionnement (rE =±3V) sous vide modérée (10-5 mbar)

La miniaturisation a également permis de diminuer fortement la tension d’actionnement d’actionneurs diélectriques, généralement supérieure au kV. Pour cela, des électrodes spécifiques ont été développées sous forme de films d’épaisseur nanométrique, constitué d’un réseau interconnecté 2D de nanotubes de carbone (NTC) dans une monocouche de polymère π-conjugué réalisé par la technique de Langmuir-Blodgett. Ces électrodes étirables restent conductrices jusqu'à 100% de déformation et permettent l’élaboration d’actionneurs ultrafins (~1 µm) qui génèrent une déformation linéaire de 4% pour une tension appliquée de seulement 100V. (X.Ji et all 2018 doi :10.2016/j.snb.2018.01.145)

 

La grande diversité des structures p-conjuguées offre une large palette de couleurs accessibles. Ainsi, des copolymères alternés du type D-A-D cyan, magenta et jaune ont été développés. Ces polymères, ainsi que d’autres polymères aux états redox achromatiques, ont été intégrés sous forme de films minces au sein de cellules électrochromes. Leur stabilité au vieillissement électrochimique a été évaluée au sein des dispositifs.

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