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Transducteurs ultra fins à base de polymères conducteurs : fabrication, caractérisation et modélisation (Document en Anglais)
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Modalités de diffusion de la thèse :
Modalités de diffusion de la thèse :
Auteur : Nguyen Ngoc Tan
Date de soutenance : 21-09-2018
Directeur(s) de thèse : Cattan Eric
- Grondel Sébastien
- Madden John D.W.
Président du jury : Cretu Edmond
Membres du jury : Cattan Eric
- Grondel Sébastien
- Madden John D.W.
- Chiao Mu
- Fadel Taris Ludivine
- Franco Alejandro Antonio
- Shea Herbert
- Plesse Cédric
Rapporteurs : Franco Alejandro Antonio
- Shea Herbert
Laboratoire : Département Opto-Acousto-Electronique de l'IEMN - IEMN-DOAE
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Nguyen, Ngoc Tan
Nom
Nguyen
Prénom
Ngoc Tan
Nationalité
VN
Date de soutenance : 21-09-2018
Directeur(s) de thèse : Cattan Eric
Cattan, Eric
Nom
Cattan
Prénom
Eric
Grondel, Sébastien
Nom
Grondel
Prénom
Sébastien
Madden, John D.W.
Nom
Madden
Prénom
John D.W.
Président du jury : Cretu Edmond
Cretu, Edmond
Nom
Cretu
Prénom
Edmond
Membres du jury : Cattan Eric
Cattan, Eric
Nom
Cattan
Prénom
Eric
Grondel, Sébastien
Nom
Grondel
Prénom
Sébastien
Madden, John D.W.
Nom
Madden
Prénom
John D.W.
Chiao, Mu
Nom
Chiao
Prénom
Mu
Fadel Taris, Ludivine
Nom
Fadel Taris
Prénom
Ludivine
Franco, Alejandro Antonio
Nom
Franco
Prénom
Alejandro Antonio
Shea, Herbert
Nom
Shea
Prénom
Herbert
Plesse, Cédric
Nom
Plesse
Prénom
Cédric
Rapporteurs : Franco Alejandro Antonio
Franco, Alejandro Antonio
Nom
Franco
Prénom
Alejandro Antonio
Shea, Herbert
Nom
Shea
Prénom
Herbert
Laboratoire : Département Opto-Acousto-Electronique de l'IEMN - IEMN-DOAE
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Discipline : Électronique. Micro et nano technologie
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés : Polymère électroactifTransducteurs polymères conducteursRéseaux interpénétrésCaractérisation non linéaireModélisation dynamique non linéaireFormalisme Bond Graph
Conducteurs organiques -- Thèses et écrits académiquesMicro-fabrication -- Thèses et écrits académiquesMicroactionneurs -- Thèses et écrits académiquesNanotechnologie -- Thèses et écrits académiques
Résumé : Récemment, les actionneurs ioniques ultra-minces à base de poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) ont surmonté certains obstacles initiaux pour augmenter le potentiel d'applications dans les dispositifs microfabriqués. Bien que la microfabrication d’actionneurs à trois couches, n’impliquant aucune manipulation manuelle, ait été démontrée, leurs performances mécaniques restent limitées pour des applications pratiques. Le but de cette thèse est d'optimiser les transducteurs dans la phase de fabrication des couches minces en utilisant des micro technologies, de caractériser complètement les propriétés électrochimiques des transducteurs ainsi obtenus, et de développer un modèle pour simuler leurs capacités électromécaniques bidirectionnelles (actionnement et détection). Tout d'abord, les actionneurs à trois couches ultra-minces à base de PEDOT sont fabriqués par polymérisation en phase vapeur de 3,4-éthylènedioxythiophène en réalisant un procédé de synthèse couche par couche. Le travail présenté constitue la première caractérisation complète de microactionneurs ioniques à base de PEDOT fonctionnant dans l’air d’une si faible épaisseur (17 ?m) présentant une déformation en flexion et une génération de force de 1% et 12 ?N respectivement. En effet, les propriétés électriques, électrochimiques et mécaniques des microactionneurs ont été minutieusement étudiées. La caractérisation non linéaire a été étendue à la dépendance de la capacité volumétrique sur une fenêtre de tension. Le coefficient d'amortissement a été caractérisé pour la première fois. Par ailleurs, un modèle multi-physique non linéaire a été proposé comme méthode de simulation des réponses en mode actionneur et capteur dans des couches multiples, représenté à l'aide d'un formalisme Bond Graph, et a été capable de mettre en œuvre tous les paramètres caractérisés. La concordance entre les simulations et les mesures a confirmé l'exactitude du modèle pour prédire le comportement dynamique non linéaire des actionneurs. En outre, les informations extraites du modèle ont également permis de mieux comprendre les paramètres critiques des actionneurs et leur incidence sur l'efficacité de l'actionneur et sur la distribution de l'énergie. Enfin, un nouveau modèle linéaire électromécanique bidirectionnel a été introduit pour simuler la capacité de détection du transducteur à trois couches et a été confirmé par des résultats expérimentaux dans les domaines fréquentiel et temporel d'un déplacement d'entrée sinusoïdal. Les actionneurs résultants et les modèles proposés sont prometteurs pour la conception, l'optimisation et le contrôle des futurs dispositifs de microsystèmes souples dans lesquels l'utilisation d'actionneurs en polymère devrait être essentielle.
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés : Polymère électroactifTransducteurs polymères conducteursRéseaux interpénétrésCaractérisation non linéaireModélisation dynamique non linéaireFormalisme Bond Graph
Conducteurs organiques -- Thèses et écrits académiquesMicro-fabrication -- Thèses et écrits académiquesMicroactionneurs -- Thèses et écrits académiquesNanotechnologie -- Thèses et écrits académiques
Résumé : Récemment, les actionneurs ioniques ultra-minces à base de poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) ont surmonté certains obstacles initiaux pour augmenter le potentiel d'applications dans les dispositifs microfabriqués. Bien que la microfabrication d’actionneurs à trois couches, n’impliquant aucune manipulation manuelle, ait été démontrée, leurs performances mécaniques restent limitées pour des applications pratiques. Le but de cette thèse est d'optimiser les transducteurs dans la phase de fabrication des couches minces en utilisant des micro technologies, de caractériser complètement les propriétés électrochimiques des transducteurs ainsi obtenus, et de développer un modèle pour simuler leurs capacités électromécaniques bidirectionnelles (actionnement et détection). Tout d'abord, les actionneurs à trois couches ultra-minces à base de PEDOT sont fabriqués par polymérisation en phase vapeur de 3,4-éthylènedioxythiophène en réalisant un procédé de synthèse couche par couche. Le travail présenté constitue la première caractérisation complète de microactionneurs ioniques à base de PEDOT fonctionnant dans l’air d’une si faible épaisseur (17 ?m) présentant une déformation en flexion et une génération de force de 1% et 12 ?N respectivement. En effet, les propriétés électriques, électrochimiques et mécaniques des microactionneurs ont été minutieusement étudiées. La caractérisation non linéaire a été étendue à la dépendance de la capacité volumétrique sur une fenêtre de tension. Le coefficient d'amortissement a été caractérisé pour la première fois. Par ailleurs, un modèle multi-physique non linéaire a été proposé comme méthode de simulation des réponses en mode actionneur et capteur dans des couches multiples, représenté à l'aide d'un formalisme Bond Graph, et a été capable de mettre en œuvre tous les paramètres caractérisés. La concordance entre les simulations et les mesures a confirmé l'exactitude du modèle pour prédire le comportement dynamique non linéaire des actionneurs. En outre, les informations extraites du modèle ont également permis de mieux comprendre les paramètres critiques des actionneurs et leur incidence sur l'efficacité de l'actionneur et sur la distribution de l'énergie. Enfin, un nouveau modèle linéaire électromécanique bidirectionnel a été introduit pour simuler la capacité de détection du transducteur à trois couches et a été confirmé par des résultats expérimentaux dans les domaines fréquentiel et temporel d'un déplacement d'entrée sinusoïdal. Les actionneurs résultants et les modèles proposés sont prometteurs pour la conception, l'optimisation et le contrôle des futurs dispositifs de microsystèmes souples dans lesquels l'utilisation d'actionneurs en polymère devrait être essentielle.
Type de contenu : Texte
Format : PDF
Format : PDF
Identifiant : uvhc-ori-oai-wf-1-2567
Type de ressource : Thèse
Type de ressource : Thèse