Mobilité moléculaire aux interfaces de nanostructures polymères renforcées par des nanocharges fonctionnelles

par Houda Rekik

Thèse de doctorat en Physique des matériaux diélectriques

Sous la direction de Isabelle Royaud et de Mourad Arous.

Le président du jury était Ali Kallel.

Le jury était composé de Philippe Cassagnau.

Les rapporteurs étaient Abdellatif Belhadj Mohamed, Eric Dantras.


  • Résumé

    Deux séries d'échantillon à base de PVDF ont été élaborées avec différentes fractions de dioxyde de titane TiO2 en utilisant deux modes d'élaboration : dispersion des nanoparticules de TiO2 par voie fondue habituelle et génération des charges de TiO2 basée sur des réactions d'hydrolyse-condensations d'un alkoxyde de titane (le n-tétrabutoxyde de titane). Dans cette étude, quatre techniques ont été utilisées pour étudier les processus de relaxation dans les polymères semi-cristallins. Le microscope électronique à balayage (MEB) pour étudier la dispersion des nanoparticules de TiO2 dans la matrice PVDF. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a été utilisée dans cette étude pour caractériser thermiquement les échantillons polymériques semi-cristallins. L'analyse thermo-gravimétrique (ATG) a été utilisée pour voir l'effet de nanoparticules sur les propriétés thermiques du PVDF. De plus, la technique de spectroscopie diélectrique a été utilisée dans la thèse pour étudier l'influence du processus d'élaboration sur la mobilité moléculaire trouvée dans ces systèmes. On a montré que le comportement de ces nanocomposites est proche de celui de PVDF pur. Les changements principaux observés sont le ralentissement de la dynamique de la relaxation alpha (associée à la température de transition vitreuse) et la relaxation alpha c (associée à la phase cristalline) en fonction de l'augmentation de fraction volumique TiO2. L'existence des charges piégées aux interfaces qui met en cause la présence de la polarisation interfaciale (IP) dans les différents nanocomposites a aussi été analysée. Les additions de TiO2 diminuent la mobilité des chaînes polymériques ce qui rend difficile l'orientation des dipôles électriques et augmente l'énergie d'activation de la relaxation de polarisation interfaciale

  • Titre traduit

    Molecular mobility in the interfaces of polymer reinforced by functional nanocharges


  • Résumé

    Polyvinylidene fluoride (PVDF) films have been filled with different volume fraction of titanate dioxide TiO2 using two ways : dispersion in the melt or in-situ generation based on the hydrolysis-condensation reactions of titanium alkoxide inorganic precursor premixed with PVDF under molten conditions. In this study, four techniques were used to study the relaxation processes in the semi-crystalline polymers. The scanning electron microscope (SEM) was introduced in the field of polymer science to study the dispersion of TiO2 nanoparticules in the PVDF matrix. The differential scanning calorimetry (DSC) was used in this study to thermally characterize the semi-crystalline polymer samples. Thermal gravimetric analysis (TGA) was used to see the effect of nanoparticles on the thermal properties of PVDF. In addition, the dielectric spectroscopy technique was used in the thesis to study the influence of the process on the molecular mobility found in these systems. It was shown that the behavior of PVDF as a matrix in these nanocomposite is close to that of pure PVDF. The main changes observed is the slowing down of the dynamics of the alpha a (associated to the glass transition temperature) and the alpha c (associated to the crystalline phase) relaxations as a function of the TiO2 volume fraction increase. The existence of charge carriers trapping at the interfaces related to the interfacial polarization (IP) in the different nanocomposites has also been analyzed. The additions of TiO2 decrease the mobility of the polymer chains which makes difficult the orientation of electric dipole moment ending in an increase of the energy of activation of IP relaxation

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