Comportement électrique de films de poly (éthylène naphtalène-2,6-dicarboxylate) (pen) à forts champs électriques : contribution à l'étude des mécanismes de conduction électrique

High electric field behavior of the poly (ethylene naphtalene-2,6-dicarboxylate) (pen) : a contribution to the study of electrical conduction mechanisms.

• Auteur / Autrice : José Fidel Chavez-Lara
• Direction : Juan Jorge Martinez Vega
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diélectriques

Isolants

Fiabilité

Câbles électriques -- Isolation

Polyéthylène

Mots clés libres

Poly(éthylène naphtalène-2

6-dicarboxylate) (PEN)

Forts champs électriques

Conduction électrique

Isolant organique solide

Vieillissement

Morphologie.

Poly (ethylene naphthalene-2

6-dicarboxylate) (PEN)

High electric fields

Electrical conduction

Organic solid insulator

Ageing

Morphology

Résumé

Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre plus général de la fiabilité des matériaux isolants organiques soumis à de forts champs électriques. Le matériau étudié est le polyéthylène naphtalène 2,6 dicarboxylate (PEN), sous ses formes amorphe et semi-cristalline. Potentiellement parlant le PEN est, en tant que diélectrique, un concurrent sérieux du polypropylène ou du polyéthylène téraphtalate pour la fabrication des condensateurs. Ses propriétés en général, électriques en particulier, dépendent fortement de la microstructure. L'objectif d'une bonne partie de notre travail a été, de mettre en évidence l'influence de la morphologie du PEN sur la conduction électrique, la déformation mécanique induite par le champ électrique appliqué, et sur la dynamique d'évolution des charges d'espace. L'allure des courbes obtenues en utilisant différentes expériences montre bien que les mécanismes physiques associés à chacune, sont fortement corrélés. La mise en évidence et la quantification des champs seuils, champ électrique au-delà duquel les processus sont fortement accélérés (réponse non linéaire), va aussi dans ce sens. En effet, indépendamment de l'expérience, les valeurs obtenues pour les champs seuils sont très proches. Ainsi, l'intercorrélation des mécanismes de conduction électrique, de déformation mécanique induite et de charges d'espace a été quantifiée et analysée. Nous avons constaté que la morphologie du PEN a une très grande influence sur la valeur du champ seuil. Les processus (en fonction du champ électrique appliqué) s'accélèrent plus tardivement dans le cas d'une structure semi cristalline. Dans ce contexte, une attention particulière a été portée au comportement du PEN à forts champs, ceci dans une optique de mise en évidence des mécanismes précurseurs de la rupture diélectrique.

The work carried out falls within the general purview of the reliability of organic insulating materials subjected to high electric fields. The material studied had been amorphous and semi-crystalline forms of poly (ethylene naphthalene-2,6-dicarboxylate) (PEN). As a dielectric, the PEN has the potential to be a serious competitor of polypropylene or polyethylene terephtalate for the manufacture of capacitors. Its general properties, particularly the electrical ones, are highly dependent on its microstructure. The objective of a large part or our work has been to put in evidence the influence of the morphology of PEN on the electrical conduction, on the mechanical deformation induced by the applied electric field and on the dynamics of space charge evolution. The profiles of the curves obtained using different experiments distinctly demonstrate that the physical mechanisms associated with each plot are strongly correlated. Determination and quantification of the threshold fields, electric fields beyond which the processes are highly accelerated (non-liner response), also go in the same sense. Indeed, independently of experiment, the values obtained for the threshold fields are very close to each other. As such, the inter-correlation of the electrical conduction mechanisms, the induced mechanical deformation and the space charges have been quantified and analyzed. We have ascertained that the PEN morphology has a great influence on the value of the threshold field. In the case of semi-crystalline structure, the processes (as a function of the applied field) accelerate later. In this context, a particular attention has been paid to the behaviour of PEN at high fields, this being in the light of putting in evidence the mechanisms which are the forerunners of the dielectrical breakdown.